Hi HelgeG,
wenn du mit g++ die GCC meinst dann hat man dir genau das Richtige empfohlen. Die GNU Compiler Collection ist eine Sammlung von freien Compilern für zig verschiedene Hardwareplatformen. Unter Linux ist das DER standard Compiler für die meisten Programme. Und natürlich gibts die GCC auch für AVRs...
ein Problem hat das Teil allerdings: Es ist für Einsteiger erstmal eine große Hürde sich in die GCC einzuarbeiten... nehm dir also die notwendige Zeit.
Wenn du also mit freier Software in C oder C++ programmieren möchtest, dann kommst du an der GCC nicht vorbei... das ist DER Standard.

Wie du die Schnittstellen ansprichst hängt von deinem Betriebssystem ab.
Bei den modernen Windowsversionen wirst du wahrscheinlich nicht um die Win32API herum kommen... unter Linux kannst du die DEV-Dateien nutzen und unter DOS kannst du direkt auf die Register zugreifen.
An deiner Stelle würde ich DOS nutzen:
1) Du hast direkten Zugriff auf die Hardware. Tutorials zum Thema Portzugriff findest du im Netz.
2) DOS-Programme können die CPU übernehmen und die komplette Rechenzeit verwenden.
3) Es gibt DOS-Versionen mit Multitaskingfähigkeiten.

Gruß,
SIGINT