NAMA : ANGGI SETYA PERKASA
NPM : 50410833
KELAS : 4IA20
Teori Komputasi Modern beserta
implementasinya
Pendahuluan
Komputasi sebetulnya bisa diartikan sebagai cara
untuk menemukan pemecahan masalah dari data input dengan menggunakan suatu algoritma.
Hal ini ialah apa yang disebut dengan teori
komputasi, suatu sub-bidang dari ilmu komputer dan matematika. Selama ribuan tahun,
perhitungan dan komputasi umumnya dilakukan dengan menggunakan pena dan kertas,
atau kapur dan batu tulis, atau dikerjakan secara
mental, kadang-kadang dengan bantuan suatu tabel. Namun sekarang, kebanyakan komputasi telah dilakukan dengan menggunakan komputer.
Secara umum
iIlmu komputasi adalah bidang ilmu yang mempunyai perhatian pada penyusunan
model matematika dan teknik penyelesaian numerik serta penggunaan komputer untuk menganalisis dan memecahkan
masalah-masalah ilmu (sains). Dalam penggunaan praktis,
biasanya berupa penerapan simulasi komputer atau berbagai bentuk komputasi
lainnya untuk menyelesaikan masalah-masalah dalam berbagai bidang keilmuan,
tetapi dalam perkembangannya digunakan juga untuk menemukan prinsip-prinsip
baru yang mendasar dalam ilmu.
Bidang ini
berbeda dengan ilmu komputer (computer science), yang mengkaji
komputasi, komputer dan pemrosesan informasi. Bidang ini juga berbeda dengan
teori dan percobaan sebagai bentuk tradisional dari ilmu dan kerja keilmuan.
Dalam ilmu alam, pendekatan ilmu komputasi dapat memberikan berbagai pemahaman
baru, melalui penerapan model-model matematika dalam program komputer berdasarkan
landasan teori yang telah berkembang, untuk menyelesaikan masalah-masalah nyata
dalam ilmu tersebut.
Sejarah
Komputasi
Ilmu atau sains berdasarkan obyek
kajiannya dibedakan antara Fisika, Kimia, Biologi dan Geologi. Ilmu dapat pula
digolongkan berdasarkan metodologi dominan yang digunakannya, yaitu ilmu
pengamatan/percobaan (observational/experimental science), ilmu teori (theoretical
science) dan ilmu komputasi (computational science). Yang terakhir
ini bisa dianggap bentuk yang paling baru yang muncul bersamaan dengan
perkembangan kekuatan pemrosesan dalam komputer dan perkembangan teknik-teknik
metode numerik dan metode komputasi lainnya.
Dalam ilmu
(sains) tradisional seperti Fisika, Kimia dan Biologi, penggolongan ilmu
berdasarkan metodologi
dominannya juga mewujud, yang
ditunjukkan dengan munculnya bidang-bidang khusus berdasarkan penggolongan tsb.
lengkap dengan jurnal-jurnal yang relevan untuk melaporkan hasil-hasil
penelitiannya. Sebagai contoh dalam kimia, melengkapi kimia percobaan (experimental
chemistry) dan kimia teori (theoretical chemistry), berkembang pula
kimia komputasi (computational chemistry), seperti juga di bidang
Biologi dikenal Biologi Teori (theoretical biology) serta Biologi
Komputasi (computational biology), lengkap dengan jurnalnya seperti
Journal of Computational Chemistry dan Journal of Computational Biology. Cara
penggolongan yang digunakan berbeda dengan cara penggolongan lain berdasarkan
obyek kajian, seperti penggolongan kimia atas Kimia Organik, Kimia Anorganik,
dan Biokimia.
Walaupun
dengan titik pandang yang berbeda, ilmu komputasi sebagai bentuk ketiga dari
ilmu (sains) telah banyak disampaikan oleh berbagai pihak, antara lain Stephen Wolfram dengan bukunya yang terkenal: A New Kind of
Science, dan Jürgen
Schmidhuber.
Dalam
ilmu komputasi memiliki satu cabang ilmu yang bernama komputasi sains. Secara
umum komputasi sains mempelajari aspek-aspek komputasi untuk aplikasi atau
memecahkan masalah di bidang sains lain, seperti fisika, kimia, biologi dan
geologi. Dalam sejarah komputasi modern tidak dapat terlepas dari peranan John
von Neumann, beliau adalah ilmuwan yang meletakkan dasar-dasar komputer modern
serta salah satu ahli matematika terbesar, beliau juga yang pertam kali
mencetuskan konsep sebuah sistem yang menerima instruksi-instruksi dan
menyimpannya dalam sebuah memori sehingga menjadi dasar arsitektur komputer
hingga saat ini.
Kepiawaian
Von Neumann terletak pada bidang teori game yang melahirkan konsep seluler
automata, teknologi bom atom, dan komputasi modern yang melahirkan komputer.
Kegeniusannya dalam matematika telah terlihat semenjak kecil dengan mampu
melakukan pembagian bilangan delapan digit (angka) di dalam kepalanya.
Keinginan
Von Neumann untuk mempelajari matematika dilakukannya pada musim panas setelah
studinya di Berlin dan sebelum masuk ETH Zurich. Dia menjadi mahasiswa program
doktor pada Universitas Budapest. Tesis doktornya bertemakan aksiomasisai teori
himpunan (set theory) yang dikembangkan George Cantor. Pada masa itu, set
theory merupakan salah satu topik ‘menantang’ di dunia matematika.
Akhirnya
pada tahun 1926, dia lulus dengan dua gelar yaitu gelar S1 pada bidang teknik
kimia dari ETH dan gelar doktor (Ph.D) pada bidang matematika dari Universitas
Budapest.
Von
Neumann menjadi seorang konsultan pada pengembangan komputer ENIAC, dia
merancang konsep arsitektur komputer yang masih dipakai hingga saat ini.
Arsitektur yang dirancang oleh Von Nuemann adalah seperangkat komputer dengan
program yang tersimpan (program dan data disimpan pada memori) dengan
pengendali pusat, input-output, dan memori. Di bawah ini merupakan contoh
komputasi modern sampai dengan lahirnya ENIAC (Sumber
:http://phenomenalsite.co.cc/?p=46) :
- Konrad
Zuse’s electromechanical “Z mesin”. Z3 (1941) sebuah mesin pertama
menampilkan biner aritmatika, termasuk aritmatika floating point dan
ukuran programmability. Pada tahun 1998, Z3 operasional pertama di dunia
komputer itu di anggap sebagai Turing lengkap.
- Berikutnya
Non-programmable Atanasoff-Berry Computer yang di temukan pada tahun 1941
alat ini menggunakan tabung hampa berdasarkan perhitungan, angka biner,
dan regeneratif memori kapasitor. Penggunaan memori regeneratif
diperbolehkan untuk menjadi jauh lebih seragam (berukuran meja besar atau
meja kerja).
- Selanjutnya
komputer Colossus ditemukan pada tahun 1943, berkemampuan untuk membatasi
kemampuan program pada alat ini menunjukkan bahwa perangkat menggunakan
ribuan tabung dapat digunakan lebih baik dan elektronik reprogrammable.
Komputer ini digunakan untuk memecahkan kode perang Jerman.
- The
Harvard Mark I ditemukan pada 1944, mempunyai skala besar, merupakan
komputer elektromekanis dengan programmability terbatas.
- Lalu
lahirlah US Army’s Ballistic Research Laboratory ENIAC ditemukan pada
tahun 1946, komputer ini digunakan unutk menghitung desimal aritmatika dan
biasanya disebut sebagai tujuan umum pertama komputer elektronik (ENIAC
merupakan generasi yang sudah sangat berkembang di zamannya sejak komputer
pertama Konrad Zuse ’s Z3 yang ditemukan pada tahun 1941).
Pada
tahun 1980-an merupakan awal kemajuan teknologi di bidang komputer untuk
penggunaan pribadi, kemudian ditambah dengan kemajuan yang pesat dalam evolusi
internet hingga saat ini yang memungkinkan sang pengguna komputer untuk
mengeksplorasi dan mempelajari bidang-bidang ilmu komputasi lebih jauh dan
mendalam seperti komputasi sains, diantaranya fisika, kimia, biologi, dan
geologi.
Definisi Komputasi
Modern
Komputasi modern adalah sebuah konsep sistem
yang menerima intruksi-intruksi dan menyimpannya dalam sebuah memory, memory
disini bisa juga dari memory komputer. Oleh karena pada saat ini kita melakukan
komputasi menggunakan komputer maka bisa dibilang komputer merupakan sebuah
komputasi modern. Konsep ini pertama kali digagasi oleh John Von Neumann
(1903-1957). Beliau adalah ilmuan yang meletakkan dasar-dasar komputer modern.
Von Neumann telah menjadi ilmuwan besar abad 21. Von Neumann memberikan
berbagai sumbangsih dalam bidang matematika, teori kuantum, game theory, fisika
nuklir, dan ilmu komputer yang di salurkan melalui karya-karyanya . Beliau juga
merupakan salah satu ilmuwan yang terkait dalam pembuatan bom atom di Los
Alamos pada Perang Dunia II lalu. Kegeniusannya dalam matematika telah terlihat
semenjak kecil dengan mampu melakukan pembagian bilangan delapan digit (angka)
di dalam kepalanya.
Dalam kerjanya komputasi modern menghitung dan mencari solusi
dari masalah yang ada, dan perhitungan yang dilakukan itu meliputi:
1. Akurasi (big, Floating point)
2. Kecepatan (dalam satuan Hz)
3. Problem Volume Besar (Down Sizzing atau pararel)
4. Modeling (NN & GA)
5. Kompleksitas (Menggunakan Teori big O)
Karakteristik
Komputasi Modern
Karakteristik
komputasi modern ada 3 macam, yaitu :
- Komputer-komputer penyedia sumber daya bersifat
heterogenous karena terdiri dari berbagai jenis perangkat keras, sistem
operasi, serta aplikasi yang terpasang.
- Komputer-komputer terhubung ke jaringan yang luas
dengan kapasitas bandwidth yang beragam.
- Komputer maupun jaringan tidak terdedikasi, bisa hidup
atau mati sewaktu-waktu tanpa jadwal yang jelas.
Jenis-jenis
Komputasi Modern
Komputasi
modern mempunyai 3 jenis, yaitu :
- Mobile
Computing atau Komputasi Bergerak
Mobile computing (komputasi
bergerak) merupakan kemajuan teknologi komputer sehingga dapat berkomunikasi
menggunakan jaringan tanpa menggunakan kabel serta mudah dibawa atau berpindah
tempat, tetapi berbeda dengan komputasi nirkabel. Berdasarkan penjelasan
tersebut, untuk kemajuan teknologi ke arah yang lebih dinamis membutuhkan
perubahan dari sisi manusia maupun alat. Contoh dari mobile computing adalah
GPS, smart phone, dan sebagainya.
- Grid
Computing
Komputasi grid memanfaatkan kekuatan
pengolahan idle berbagai unit komputer, dan menggunakan kekuatan proses untuk
menghitung satu pekerjaan. Pekerjaan itu sendiri dikontrol oleh satu komputer
utama, dan dipecah menjadi beberapa tugas yang dapat dilaksanakan secara
bersamaan pada komputer yang berbeda. Tugas-tugas ini tidak perlu saling
eksklusif, meskipun itu adalah skenario yang ideal. Sebagai tugas lengkap pada
berbagai unit komputasi, hasil dikirim kembali ke unit pengendali, yang
kemudian collates itu membentuk keluaran kohesif.
Keuntungan
dari komputasi grid adalah dua kali lipat: pertama, kekuatan pemrosesan yang
tidak digunakan secara efektif digunakan, memaksimalkan sumber daya yang
tersedia dan, kedua, waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan pekerjaan besar
berkurang secara signifikan.
Idealnya
kode sumber harus direstrukturisasi untuk membuat tugas-tugas yang saling
eksklusif adalah sebagai mungkin. Itu tidak berarti bahwa mereka tidak bisa
saling bergantung, tetapi pesan yang dikirim antara tugas-tugas meningkatkan
faktor waktu. Satu pertimbangan penting saat membuat pekerjaan komputasi grid
adalah bahwa apakah kode dijalankan serial atau paralel tugas, hasil dari
keduanya harus selalu sama di setiap situasi.
- Cloud
Computing atau Komputasi Awan
Cloud computing adalah perluasan
dari konsep pemrograman berorientasi objek abstraksi. Abstraksi, sebagaimana
dijelaskan sebelumnya, menghapus rincian kerja yang kompleks dari visibilitas.
Semua yang terlihat adalah sebuah antarmuka, yang menerima masukan dan
memberikan output. Bagaimana output ini dihitung benar-benar tersembunyi.
Sebagai
contoh, seorang sopir mobil tahu bahwa roda kemudi dengan memutar arah mobil
yang mereka ingin pergi; atau yang menekan pedal gas akan menyebabkan mobil
untuk mempercepat. Sopir biasanya tidak peduli tentang bagaimana arah dari roda
kemudi dan pedal gas tersebut diterjemahkan ke dalam gerakan yang sebenarnya
dari mobil. Oleh karena itu, rincian ini diabstraksikan dari sopir.
Cloud
serupa, melainkan menerapkan konsep abstraksi dalam lingkungan komputasi fisik,
dengan menyembunyikan proses yang benar dari pengguna. Dalam lingkungan
komputasi awan, data bisa berada pada beberapa server, rincian koneksi jaringan
yang tersembunyi dan pengguna tidak ada yang tahu. Bahkan, komputer awan awan
dinamakan demikian karena sering digunakan untuk menggambarkan pengetahuan
eksak tentang pekerjaan batin. Cloud komputasi berat berasal dari paradigma
Unix memiliki beberapa elemen, masing-masing yang sangat baik pada satu tugas
tertentu, daripada memiliki satu elemen besar yang tidak baik.
Implementasi
komputasi di berbagai bidang Ilmu Pengetahuan
Fisika
:
Menyelesaikan
permasalahan medan magnet dengan menggunakan komputasi fisika, dalam hal ini
menentukan besarnya medan magnet dan membandingkan hubungan anrtara medan
magnet dengan panjang kawat.
Kimia :
Algoritma
dan program computer dapat digunakan untuk memungkinkan peramalan sifat-sifat
atom dan molekul. Kajian komputasi juga dapat dilakukan untuk menjelajahi
mekanisme reaksi dan menjelaskan pengamatan pada reaksi di laboraturium, serta
memahami sifat dan perubahan pada system makroskopis melalui simulasi yang
berlandaskan hukum-hukum interaksi yang ada dalam system.
Matematika
:
Penerapan
teknik-teknik komputasi matematika meliputi metode numeric, scientific
computing, metode elemen hingga, metode beda hingga, scientific data mining,
scientific process control dan metode terkait lainnya untuk menyelesaikan
masalah-masalah real yang berskala besar.
Ekonomi
:
Mempelajari
titik pertemuan antara ekonomi dan komputasi, meliputi agent-based
computational modelling, computational econometrics dan statistika, komputasi
keuangan, computational modelling of dynamic macroeconomic systems dan
pengembangan alat bantu dalam pendidikan komputasi ekonomi.
Biologi
:
Merupakan
penerapan berupa aplikasi dari teknologi informasi dan ilmu computer terhadap
bidang biologi molekuler.
Geografi
:
Komputasi
awan didefinisikan sebagai sebuah model yang memungkinkan kenyamanan, akses
on-demand terhadap kumpulan sumber daya komputasi (contoh : jaringan, server,
media penyimpanan, aplikasi, dan layanan komputasi) yang konfigurasinya dapat
dilakukan dengan cepat dan disertai sedikit usaha untuk mengelola dan berhubungan
dengan penyedia layanannya.
Sumber
Referensi :
http://id.wikipedia.org/wiki/Komputasi
http://creativersity.blogspot.com/2013/05/jenis-jenis-komputasi-modern.html
http://vanish73.wordpress.com/2010/02/18/komputasi/
http://my.opera.com/aviciena/blog/show.dml/8170711
http://stobbrengga.blogspot.com/2012/06/komputasi=dan-penerapannya.html
