目前普遍的電腦架構如下圖
CPU 不斷地從記憶體吞吐指令，根據指令操作各種 device，device 跳過 CPU，透過 DMA (Direct Memory Access) 主動向記憶體存取資料，增加電腦效率。CPU、記憶體、devices 互相協同工作下，形成了我們日常使用的電腦系統。
多處理器系統 (Multiprocessor systems, parallel systems, multicore systems)
在過去幾年，多處理器系統主導電腦領域，此類系統具有多個緊密通信的處理器，共享 bus，有時還共享 clock、記憶體和外圍設備。 多處理器系統首先出現在伺服器，後來遷移到個人電腦、手機、平板電腦、移動設備等。
優點: 增加吞吐量、將低成本 (相較於多個單核晶片)、提高可靠性 (一個核心故障不會使系統完全停止)
- Asymmetric multiprocessing
非對稱多處理系統有一個 boss processor 負責分配工作給其他處理器，是 boss–worker 關係。 - Symmetric multiprocessing (SMP)
對稱多處理器是最常見的架構，所有處理器都是對等的，作業系統負責分配工作給所有處理器，每個處理器有自己的 register 和 cache。實作多處理器系統需要精確控制 I/O 確保資料進入正確的處理器，再來要做好負載平衡，盡量避免一個處理器很忙、其他處理器閒置的狀況。幾乎所有現代作業系統（包括 Windows、Mac OS X 和 Linux）都支援 SMP。
CPU 設計的趨勢是在單個晶片上包含多個計算核心。這種多處理器系統稱為多核。它們比具有單核的多個晶片更高效，因為晶片內通信比晶片間通信更快，與多個單核晶片相比，一個多核晶片的功耗要低得多。
電腦叢集 (Clustered System)
另一種類型的多處理器系統是集群系統，由兩個或多個連接在一起的單獨系統（節點）組成，每個節點可以是單處理器系統或多核系統。需要注意的是，叢集的定義並不具體，普遍接受的定義是共享存儲並通過局域網或更快的互連（如 InfiniBand）緊密連接。叢集系統通是高可用性的，叢集裡的節點故障了還是能持續運行。
- Asymmetric clustering
boss–worker 關係，一個節點處於 hot-standby 作為監督伺服器，負責負仔平衡、分配工作給其他節點，其他節點跑應用程式、容器之類的。 - Symmetric clustering
所有節點都是 worker，都跑應用程式
作業系統
作業系統最重要的特色就是處理多個程式，在適當的時機切換程式運作，讓 CPU 不會閒置。作業系統最主要的目標是讓電腦變得更方便使用以及讓電腦更有效率，然而這兩個目標往往是互相衝突的，比如進行影片輸出時，我們會希望把資源盡可能用來輸出，但是為了最低限度的操作，作業系統仍然要分配一些資源給鍵盤滑鼠，讓電腦保持可以被操作的狀態，不至於完全卡死。
- 分時系統 (Time-Sharing System)
把電腦執行時間分為多個時間段，並且將這些時間段平均分配給各個程式，輪流執行每個程式一定時間，如此迴圈，直至完成所有任務。此類型作業系統通常有 job scheduler 與 cpu scheduler 決定每個時間段要把哪個程式分配給哪個 cpu 處理。 - 即時系統 (Real-Time System) 如果有一個程式需要執行，即時作業系統會馬上執行該程式，不會有較長的延時，這種特性保證了各個任務的及時執行，通常用於軍事防衛、工廠自動化生產系統。
Dual-Mode
有些處理器和作業系統會區分 user-mode 與 kernel-mode (privileged mode)，當程式想要做需要權限的系統操作 system-call (例如讀寫檔案) 時，系統會先核對 user 的身分，如果所有條件都 OK，作業系統會先將程式中斷，然後進入 kernal-mode，讓 kernel 做出相應的操作然後回傳 system call，再將程式回復 user-mode。
其他
作業系統需要處理的其他功能包括記憶體管理、檔案系統、資訊安全，這些都會在後面章節比較詳細的介紹。
- 分散式系統 (Distributed Systems)
操作一個叢集就像操作一台電腦一樣 - Peer-to-Peer Computing
網路上每個節點都提供自己有的資訊，最後拼湊成一份完整的檔案，經典例子如: bittorrent、skype。現在因網路速度快、頻寬高，較不流行 p2p 架構。 - Virtualization
將作業系統虛擬化，透過安裝多個虛擬機，可以更有效率分配伺服器的資源。近年更發展容器化，將作業系統更輕量化，是現在的趨勢。
