Kein Computer kann irgendwas gleichzeitig ... es läuft immer auf Multitasking hinaus. Bei den kleinen µC spricht man da von einer State-Machine.
Davon abgesehen sind die Interrupts schon sehr mächtig, also ne RS232 abhören macht der AVR nebenher in Hardware, das Verarbeiten dann in Software
und das Senden ggf. auch wieder in Hardware ... ich halte die Geschichte für machbar.

Beispiel: In meinem "größten" Projekt macht n Mega128 das Multiplexing von 5 16-Segemnent-Anzeigen, RS485-Protokoll, externen AD-Wander, Externe RTC, 2 PWM-16Bit 400Hz, Tastenabfrage 2x3-Matrix, diverse Regelungen usw. usw. ... Die Dinger können schon was wuppen.