O computador moderno atualmente em uso ainda segue a arquitetura proposta por John Von Neumann na década de 1950, que prevê a separação do hardware computacional em três elementos principais: a unidade central de processamento, os dispositivos de entrada e saída e a memória.
A Unidade Central de Processamento é vista como o componente principal para o funcionamento do computador, sendo o elemento que tem o papel de execução efetiva das operações. Já os dispositivos de entrada e saída tem o papel de promover a interação entre computador e usuário, sendo utilizados para permitir que o computador possa receber um comando do usuário e fornecer uma resposta. O último item definido na arquitetura de Von Neumann é a memória do computador, elemento responsável por armazenar os dados dos programas e o resultado do processamento, e que é classificada em quatro diferentes categorias: memória secundária, memória principal, memória cache e registradores.
O conhecimento destes conceitos de hardware é fundamental para que se possa entender os principais conceitos voltados aos sistemas operacionais, sobretudo os relacionados aos processos de gerenciamento, como o de memória, de processos e de dispositivos.
O conceito de processo é um dos mais importantes para que se entenda o funcionamento de um sistema operacional. De forma resumida, um processo é um programa que se encontra em execução. Associado a este conceito temos o de thread, que foram criadas com o objetivo de permitir a execução de diferentes tarefas no computador utilizando os recursos disponibilizados para um mesmo processo, permitindo uma economia no uso dos recursos do sistema.
Outro elemento importante no contexto dos sistemas operacionais é o Sistema de Arquivos, que surgiu com o objetivo de abstrair a complexidade relacionada à operação do hardware da memória secundária, fornecendo ao programador uma série de interfaces que permitem o acesso às funções de armazenamento e recuperação independentemente do componente que está sendo utilizado.
Já a Memória Virtual foi instituída como solução para permitir que o sistema operacional pudesse contornar as limitações de memória principal durante a execução de um conjunto de aplicativos. Com a Memória Virtual é como se o sistema operacional provesse uma extensão da Memória RAM no Disco Rígido, desta forma, quando a Memória RAM real se esgota o equipamento passa a utilizar, de forma transparente para o usuário, o disco rígido para armazenar as informações de momento e conseguir completar o processo em execução.
Por fim, um conceito muito importante quando se pensa na modelagem de um software é que ele funcione com independência dos dispositivos de E/S. Cabe ao sistema operacional prover, além desta funcionalidade, a gerência do uso compartilhado destes dispositivos.