Arduino (hardware) non è altro che l'atmega8 o l'atmega168 con tutta la sua "circuiteria di base".
Arduino (software) è solo una serie di funzioni e un'IDE che semplificano il processo di programmazione e upload del firmware sul microprocessore.
ovviamente sei liberissimo di utilizzare sia l'uno che l'altro in modo indipendente.
le funzioni di Arduino (software) sono scritte in C++ e sono solo dei "wrapper" che semplificano la programmazione per i nuovi arrivati...per esempio non ti richiede di capire l'architettura del processore, i suoi registri e come modificarli...ti impacchetta tutto in una funzione semplice da leggere ed eseguire.
in ogni modo nell'ide di arduino puoi tranquillamente scrivere il tuo codice C++ e verrà compilato senza problemi.
puoi sovrascrivere se vuoi le funzioni. meglio forse se le chiami in modo diverso e usi quelle, tipo mio_delay()
come compiler usa il gcc e uisp come uploader, li trovi dentro alla cartella tools/avr
e anche quelli li puoi usare indipendentemente.
se vuoi usare il chip da solo senza la scheda, su una breadboard
http://itp.nyu.edu/physcomp/Tutorials/ArduinoBreadboardse invece vuoi usare solo il compiler e l'uploader (sono dei tool a riga di comando quindi un po scomodi)
http://www.arduino.cc/en/Hacking/CommandLineti dico, la parte piu rompiscatole di tutte non è l'hardware...è il software, è il trovare e mettere daccordo tutti i pezzettini che funzionino
un'ide di programmazione comoda, un compiler che funzioni (possibilmente C++ che se dobbiamo programmare in assembler non ci passa più

, un assembler del file compilato per la classe di microprocessori scelta, un uploader o un bootloader che permetta l'in-serial programming...
e che tutto questo si integri in un modo fluido e che non richieda 20 minuti per ogni upload del firmware...
e che per di più sia gratis!!
sinceramente arduino è una svolta, in 2 click fai tutto quello che ti ho appena detto...
perchè vorresti fare altrimenti?
non conosco l'avr studio 4 quindi per quello non ti so rispondere, ma se è un programmatore avr credo che lo possa fare tranquillamente
ciao
b.