Загрузить прошивку в МК AVR семейства Mega (а именно такой стоит в ардуине) можно разными способами(тремя видами программаторов):

Последовательным программатором по интерфейсу SPI
Через интерфейс JTAG
Параллельным (“высоковольтным”) программатором

Теперь по порядку.

SPI или ISP — внутрисхемное последовательное программирование(In-cirсuit Serial Programming).
Самый простой и распространённый, по-крайней мере у любителей, метод.
Как следует из названия — не нужно вынимать МК из платы — прошивка происходит прямо в схеме, через специальный разъём, что довольно удобно =) да и программатор довольно прост (естественно его можно просто купить):

STK200/300 — Наверное самый распространённый SPI-программатор для AVR. Это его буферизованная версия т.е LPT-порт компа защищён буферными элементами микросхемы 74LS244 от каких-либо непредвиденностей. Можно ещё добавить резисторы по 100-200 Ом между портом и микросхемой

вот попроще

,а вот знаменитые “пять проводков” проще некуда=),но и LPT ничто не спасёт в случае чего=)
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

Также есть COM-версия (прогромматор Громова)

Есть еще куча разных вариаций последовательных программаторов, через USB в том числе.

JTAG это собственно интерфейc (последовательный) для внутрисхемной отладки
(разработанный группой ведущих специалистов по проблемам тестирования электронных компонентов Joint Test Action Group), то есть прям почти на ходу можно в самые недра МК заглянуть — посмотреть что там во всех регистрах творится, ну и прошить можно заодно=) Но программатор относительно сложен (и весьма дорог) так что в любительских условиях это скорее экзотика.
Например AVR miniICE
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Параллельный “высоковольтный” программатор стоит гораздо дороже, шьёт быстрее, и может помочь
“оживить” программно убитые МК.
Как, опять же, следует из названия данные в МК передаются параллельно т.е. требуется большое количество выводов МК, также требуется источник “высокого” напряжения 12в. Основное применение этого режима — массовая прошивка МК перед установкой в устройства в промышленных масштабах/условиях.
То есть схема посложнее будет=)
Вот например “Простой параллельный программатор для AVR” ну и конечно тут придётся МК из панельки выковыривать=)

DAPA
Ну а бутлоадер прошивается в ардуину через SPI.
Причём разработчики соригинальничали и придумали для этого свой программатор =)

Да ещё и периодически обзывают его ParallelProgrammer,(это у них сокращение такое — так он Parallel Port Programmer), а вообще зовётся он DAPA.

Про загрузку бутлодера и мои приключения с DAPA можно почитать здесь.