Computational Thinking
Computational thinking adalah cara berpikir untuk menyelesaikan masalah (problem solving) dengan cara menguraikannya menjadi beberapa tahapan yang efektif, efisien, dan menyeluruh, meliputi: decomposition, pattern recognition, abstraction, algorithms yang merupakan beberapa konsep dasar ilmu komputer.
1. Sejarah komputasi modern
Dalam perkembangan komputasi modern, kita tidak bisa melupakan begitu saja orang dibalik perkembangan komputasi modern yang merubah semua pekerjaan jadi lebih mudah. Sejarah komputasi dimulai dari seseorang ilmuan yang ternama di bidang teknologi. Permulaan komputasi modern dimulai pada saat tahun 1926 oleh ilmuan yang berasal dari hungaria yang bernama John Von Neumann. Von Neumann seorang ilmuan yang belajar dari Berlin dan Zurich dan mendapatkan diploma pada bidang teknik kimia pada tahun 1926. Pada tahun yang sama dia mendapatkan gelar doktor pada bidang matematika dari Universitas Budapest. Berkat keahlian dan kepiawaiannya Von Neumann dalam bidang teori game yang melahirkan konsep seluler automata, teknologi bom atom, dan komputasi modern yang kemudian melahirkan komputer. Kegeniusannya dalam matematika telah terlihat semenjak kecil dengan mampu melakukan pembagian bilangan delapan digit (angka) di dalam kepalanya. Setelah mengajar di Berlin dan Hamburg, Von Neumann pindah ke Amerika pada tahun 1930 dan bekerja di Universitas Princeton serta menjadi salah satu pendiri Institute for Advanced Studies. Dipicu ketertarikannya pada hidrodinamika dan kesulitan penyelesaian persamaan diferensial parsial nonlinier yang digunakan, Von Neumann kemudian beralih dalam bidang komputasi. Sebagai konsultan pada pengembangan ENIAC, dia merancang konsep arsitektur komputer yang masih dipakai sampai sekarang. Arsitektur Von Nuemann adalah komputer dengan program yang tersimpan (program dan data disimpan pada memori) dengan pengendali pusat, I/O, dan memori. berdasarkan beberapa definisi di atas, maka komputasi modern dapat diartikan sebagai suatu pemecahan masalah berdasarkan suatu inputan dengan menggunakan algoritma dimana penerapannya menggunakan berbagai teknologi yang telah berkembang seperti komputer.
2. Klasifikasi Komputasi Modern
Komputasi modern selalu berkaitan erat dengan prosedur perhitungan menggunakan algoritma tertentu dalam menyelesaikan berbagai jenis masalah menggunakan komputer. Penerapan simulasi komputer secara praktis dengan berbagai bentuk komputasi lainnya untuk menyelesaikan masalah-masalah dalam berbagai bidang keilmuan. Pada perkembangan selanjutnya, komputasi digunakan untuk menemukan prinsip-prinsip baru yang mendasar dalam berbagai disiplin ilmu.
a. Grid computing system
Komputasi grid memiliki beberapa karakteristik. Karakteristik tersebut di antaranya kemampuan dalam menggunakan seperangkat komputer yang terpisah secara geografis, didistribusikan, dan terhubung oleh jaringan untuk menyelesaikan masalah komputasi berskala besar. Beberapa daftar yang dapat digunakan untuk mengenali sistem komputasi grid berupa sistem koordinat sumber daya komputasi. Sistem tersebut tidak berada di bawah kendali pusat, sistem menggunakan standard dan protokol yang terbuka. Sistem ini memiliki kemampuan dalam mencoba mencapai kualitas pelayanan canggih serta lebih baik di atas kualitas komponen individu pelayanan komputasi grid.
Beberapa implikasi grid computing, antara lain sebagai berikut.
1) Big science
Data dan komputasi grid dalam hal ini digunakan untuk membantu proyek laboratorium yang disponsori oleh pemerintah
2) CADD (Computer-Aided Drug Discovery)
Implikasi grid computing digunakan untuk membantu penemuan obat, misalnya Molecular Modelling Laboratory (MML) dari University of North Carolina (UNC)
3) e-Learning
Implikasi grid computing yang dapat membantu dalam membangun infrastruktur untuk memenuhi kebutuhan dalam pertukaran informasi di bidang pendidikan.
4) Microprosesor design
Implikasi grid computing yang dapat membantu mengurangi penggunaan microprosesor design cycle serta memudahkan design center dalam membagikan resource secara efisien. Misalnya Microprosesor Design Group yang digunakan di IBM Austin
5) Scientific simulation
Implikasi grid computing digunakan untuk simulasi terhadap proses yang kompleks di bidang fisika, kimia, dan biologi.
b. Cloud computing system
Cloud computing sebagai metode komputasi di mana kapabilitas terkait teknologi informasi yang disajikan sebagai layanan (as a service). Dengan demikian, pengguna dapat mengaksesnya lewat internet (“di dalam awan”) tanpa mengetahui apa yang ada di dalamnya, ahli dengannya, atau memiliki kendali terhadap infrastruktur teknologi yang membantunya. Beberapa jenis layanan komputasi awan, antara lain Infrastructure as a Service (IaaS), Platform as a Service (PaaS), dan Software as a Service (SaaS). Dalam hal ini, awan (cloud) sering digambarkan di diagram jaringan komputer sebagai metafora dari internet, sehingga dalam cloud computing sebagai abstraksi dari infrastruktur kompleks yang masih disembunyikan. Komputasi cloud yang terukur secara dinamis dan memiliki sumber daya virtual yang sering digunakan pada layanan internet. Secara mendasar komputasi cloud digambarkan sebagai pelengkap dalam layanan IT berbasis model dalam internet dengan melibatkan ketentuan dari keterukuran yang sudah ditentukan.
c. Mobile computing system (komputasi bergerak)
Kemajuan teknologi ke arah yang lebih dinamis membutuhkan perubahan dari sudut pandang manusia maupun sudut pandang alat. Beberapa jenis perangkat komputasi bergerak antara lain GPS, Laptop, PDA, smartphone, UMPC, Wearable computer, dan lain sebagainya. Dalam hal ini, mobile computing menjadi sebuah kemajuan teknologi komputer dalam berkomunikasi menggunakan jaringan tanpa kabel dan mudah dibawa atau berpindah tempat, meskipun secara mendasar berbeda dengan komputasi nirkabel. Beberapa kemampuan mobile computing di antaranya akses web dalam keadaan bergerak, disconnected operations (mobile agents), entertaintment (network game groups), information services, location aware services, serta peralatan emergensi untuk akses ke dunia luar maupun pemantauan dan koordinasi pada kendaraan (GPS)
Perbedaan mendasar antara komputasi mobile, komputasi grid, dan komputasi cloud di antaranya sebagai berikut
1) Biaya, Biaya untuk tenaga komputasi mobile lebih mahal dibandingkan dengan komputasi grid dan cloud
2) Portabilitas, Komputasi mobile tidak membutuhkan tempat dan mudah dibawa ke mana- mana, sedangkan grid dan cloud membutuhkan tempat khusus.
3) Proses, Komputasi mobile sangat tergantung pada kemampuan pengguna secara personal, proses komputasi grid tergantung user dalam mendapatkan server, dan komputasi cloud prosesnya membutuhkan jaringan internet sebagai penghubungnya.
4) Teknologi, Komputasi mobile menggunakan teknologi komputer yang bekerja seperti handphone, sedangkan komputer banyak digunakan pada komputasi grid dan cloud
3. Persoalan Akurasi dalam Komputasi Modern
Akurasi tentu merupakan masalah yang paling penting dalam memecahkan masalah. Karena itu pada komputasi modern dilakukan perhitungan bagaimana bisa menghasilkan suatu jawaban yang akurat dari sebuah masalah. Tentu kita pernah mendengar tipe data floating point yang biasa digunakan untuk menyimpan data numerik dalam bentuk pecahan. Tipe data tersebut memiliki range penyimpanan numerik yang besar, sehingga dapat digunakan oleh komputer untuk melakukan komputasi yang akurat.
2. Kecepatan (dalam satuan Hz)
Manusia pasti menginginkan masalah dapat diselesaikan dengan cepta. Karena itu perhitungan masalah kecepeatan adalah suatu hal yang penting. Komputasi harus dapat dilakukan dalam waktu yang cepat ketika mengolah suatu data. Sehingga perlu metode kecepatan untuk mengolah perhitungan dalam waktu singkat.
3. Problem Volume Besar (Down Sizzing atau paralel)
Data yang besar tentu membutuhkan suatu cara penyelesaian yang khusus. Karena data yang besar dapat menjadi masalah jika ada yang terlewatkan. Oleh karena itu digunakan metode Down Sizzing atau paralel pada komputasi modern untuk menangani masalah volume yang besar. Dengan metode ini data yang besar diparalelkan dalam pengolahannya sehigga dapat diorganisir dengan baik.
4. Modeling (NN & GA)
Modeling merupakan suatu hal yang penting dalam melakukan suatu perhitungan yang rumit. Bayangkan saja jika kita dihadapi dalam suatu masalah perhitungan yang banyak dan kompleks, tetapi tidak ada model matematika yang kita miliki. Perhitungan akan berjalan berantakan dan tidak akan mendapatkan hasil yang akurat. Maka dari itu komputasi modern membutuhkan modeling sebelum melakukan perhitungan.
5. Kompleksitas (Menggunakan Teori big O) Komputasi modern dirancang untuk menangani masalah yang kompleks, sehingga diterapkan pada komputer. Dengan menggunakan teori Big O, maka komputasi modern dapat melakukan perhitungan untuk memecahkan masalah kompleksitas yang kerap dihadapi.
Dampak adanya komputasi modern
Salah satu dampak dari adanya komputasi modern adalah dapat membantu manusia untuk menyelesaikan masalah-masalah yang kompleks dengan menggunakan computer. Salah satu contohnya adalah biometric. Biometric berasal dari kata Bio dan Metric. Kata bio diambil dari bahasa yunani kuno yang berarti Hidup sedangkan Metric juga berasal dari bahasa yunani kuno yang berarti ukuran, jadi jika disimpulkan biometric berarti pengukuran hidup.
Tapi secara garis besar biometric merupakan pengukuran dari statistic analisa data biologi yang mengacu pada teknologi untuk menganalisa karakteristik suatu tubuh ( individu ). Nah dari penjelasan tersebut sudah jelas bahwa Biometric menggambarkan pendeteksian dan pengklasifikasian dari atribut fisik. Terdapat banyak teknik biometric yang berbeda, diantaranya:
- Pembacaan sidik jari / telapak tangan
- Geometri tangan
- Pembacaan retina / iris
- Pengenalan suara
- Dinamika tanda tangan.
• Tujuan Komputasi Paralel
• Hambatan Komputasi Paralel
Ilmu komputasi juga berkaitan dengan teknik penyelesaian numerik, penyusunan model matematika, dan penggunaan komputer dalam menganalisis serta memecahkan masalah-masalah sains. Komputasi modern memudahkan perkembangan teknologi modern dengan sangat pesat. Terdapat dua jenis arsitektur memori pada komputer paralel, yaitu sebagai berikut
a. Shared memory
Arsitektur jenis ini menyediakan global addressing sehingga berbagai prosesor memiliki cara pengaksesan memori yang seragam. Setiap perubahan pada suatu lokasi memori oleh suatu prosesor akan selalu terlihat oleh prosesor lain. Terdapat ada dua jenis shared memory berdasarkan frekuensi akses yaitu Uniform Memory Access (UMA) untuk setiap prosesor memiliki hak pengaksesan yang seragam dengan prosesor lain dan Non Uniform Memory Access (NUMA) di mana tidak semua prosesor memiliki hak yang sama dalam mengakses memori. Kelebihan dari arsitektur ini antara lain pengaksesan memori yang user friendly dan performansi dalam penggunaan data Bersama antartask. Adapun kekurangannya antara lain minimnya skalabilitas pada saat terjadi penambahan prosesor, di mana terjadi peningkatan traffic antara prosesor ke shared memory dan antara cache coherent system dengan memori sebenarnya.
b. Distributed memory
Kelebihan dari arsitektur distributed memory adalah terjaganya skalabilitas ketika terjadi penambahan prosesor. Adapun kekurangannya adalah programmer harus berurusan dengan detail komunikasi data antara prosesor dan memori nonlokal. Arsitektur jenis ini memiliki karakteristik di mana setiap prosesor memiliki memorinya masing-masing. Dengan demikian, eksekusi instruksi dapat berjalan secara independen antara satu prosesor dengan yang lain. Prosesor akan menggunakan jaringan ketika membutuhkan akses ke memori nonlokal. Akses ini sepenuhnya menjadi tanggung jawab penulis program.
6. Realisasi dan Dampak Komputasi Modern
Mayoritas komputasi di masa sekarang telah menggunakan komputer yang lebih dikenal komputasi modern. Komputasi menjadi salah satu sub bidang dari ilmu komputer dan matematika. Bila pemrosesan paralel dilakukan dengan tepat, maka performa dari komputasi modern akan berjalan dengan baik dan maksimal. Jika arsitektur paralel processing yang digunakan kurang tepat, maka pemrosesan data juga tidak akan berjalan maksimal dan baik. Guna melakukan aneka jenis komputasi paralel diperlukan infrastruktur mesin paralel yang terdiri dari banyak komputer yang dihubungkan dengan jaringan dan mampu bekerja secara paralel untuk menyelesaikan satu masalah. Komputasi modern membantu kita dalam kehidupan sehari-hari mulai mempercepat waktu pekerjaan sampai meminimalkan pengeluaran untuk melakukan sebuah proses, dalam sebuah pekerjaan akan sangat membutuhkan kecepatan dan juga ketepatan, apabila banyak data yang diproses maka akan membutuhkan waktu. Dengan meminimalisir arsitektur, path, dan biaya, maka pemrosesan yang dilakukan akan semaksimal mungkin. Oleh sebab itu, diperlukan aneka perangkat lunak pendukung (middleware) yang berperan mengatur distribusi antarnode dalam satu mesin paralel. Selanjutnya pemakai harus membuat pemrograman paralel untuk merealisasikan komputasi. Beberapa dampak komputasi modern dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut.
a. Biosensor
Biosensor identik dengan sejenis sensor yang mengombinasikan komponen hayati dengan komponen elektronik (transduser) dengan mengubah sinyal dari komponen hayati menjadi sinyal luar yang terukur. Implementasi yang paling umum dari biosensor dapat dilihat pada alat pengukur gula darah yang menggunakan enzim glukosa oksidase untuk memecah gula darah
b. Biometrik
Komputasi modern dapat membantu manusia dalam menyelesaikan masalah-masalah kompleks dengan bantuan seperangkat PC, salah satu misalnya adalah biometrik. Menurut garis besarnya, biometrik bisa diterjemahkan sebagai pengukuran dari analisis statistik pada data biologi yang mengacu pada teknologi untuk menganalisa karakteristik tubuh secara individu. Beberapa teknik biometrik di antaranya pembacaan sidik jari/telapak tangan, geometri tangan, pembacaan retina/ iris, pengenalan suara, dan dinamika tanda tangan.
c. Bidang kesehatan
Beberapa penerapan komputasi modern dalam bidang kesehatan antara lain sebagai berikut
1) Administrasi
Dengan adanya komputasi modern di dalam dunia administrasi sangat membantu di dalam penyimpanan, pengelompokan, dan pengolahan data. Tanpa komputasi modern, akan sangat sulit untuk memeriksa banyaknya data pasien, stok obat, dan data lainnya yang dimiliki oleh rumah sakit. Namun dengan adanya komputasi modern, proses tersebut lebih mudah untuk dilakukan.
2) Melihat dan menganalisa organ
Supaya dapat melihat organ tubuh bagian dalam manusia telah ditemukan begitu banyak alat canggih, namun hampir seluruh alat tersebut masih bergantung pada perangkat komputer sebagai sarana untuk penyaluran data atau pun gambarnya. Oleh karenanya, komputer memiliki peranan yang vital juga dalam melihat dan menganalisa organ-organ tubuh manusia tersebut. Beberapa contoh penggunaan komputasi modern dalam melihat dan menganalisis organ adalah sebagai berikut
a) USG (Ultra Sonography) adalah suatu alat dalam dunia kedokteran yang memanfaatkan gelombang ultrasonik, yaitu gelombang suara yang memiliki frekuensi tinggi (250 kHz –2000 kHz) yang hasilnya ditampilkan dalam layar monitor berupa gambar dua dimensi atau tiga dimensi.
b) System Dynamic Spatial Reconstructor (DSR) berguna untuk melihat gambar dari berbagai sudut organ tubuh secara bergerak.
c) System Computerized Axial Tomography (CAT) berguna untuk menggambar struktur otak dan mengambil gambar seluruh organ tubuh yang tidak bergerak dengan menggunakan sinar-X
d) SPECT (Single Photon Emission Computer Tomography) merupakan sistem komputer yang mempergunakan gas radiokatif untuk mendeteksi partikel-partikel tubuh yang ditampilkan dalam bentuk gambar
e) PET (Position Emission Tomography) merupakan sistem komputer yang menampilkan gambar yang mempergunakan isotop radioaktif.
f) NMR (Nuclear Magnetic Resonance) yaitu teknik mendiagnosa dengan cara memagnetikkan nukleus (pusat atom) dari atom hidrogen
g) Magnetic Resonance Imaging (MRI) adalah alat untuk pemeriksaan organ tubuh secara komputerisasi, dengan potongan tranversal, koronal, dan sagita.
3) Farmasi
Dalam bidang farmasi dan obat-obatan, komputasi modern juga berperan sangat penting, misalnya untuk mengelola resep dan dosis serta harga obat-obatan tersebut. Selain itu, dengan adanya komputasi modern dalam bidang farmasi juga membantu untuk mengelompokkan macam-macam obat berdasarkan kegunaannya
4) Rekam medis
Komputasi modern dapat menjadi alat bantu dalam proses rekam medis berbasis komputer
(Computer based patient record) yang digunakan untuk mencatat semua data medis pasien
Dokter ataupun perawat dapat melihat rekam medis pasien seperti, keluhan dan riwayat penyakit sebelumnya yang pernah diderita oleh si pasien, tanggal kedatangan pasien terakhir kali berobat, resep yang pernah diberikan, dan lain sebagainya
5) Proses Diagnosis
Dengan adanya komputasi modern dalam bidang kesehatan, mendiagnosis suatu penyakit bukan hal yang sulit lagi. Salah satu contohnya yaitu Mycin. Mycin merupakan contoh sistem pakar yang digunakan untuk membantu juru medis mendiagnosis penyakit darah yang cepat menular dan kemudian dapat memberikan saran berupa penggunaan antibiotik yang sesuai
d. Bioinformatika
Ilmu terapan yang lahir dari perkembangan teknologi informasi di bidang molekular disebut bioinformatika yang ditemukan pada pertengahan tahun 1980-an. Beberapa aktivitas yang berhubungan dengan bioinformatika antara lain sebagai berikut
1) Pangkalan data
Dalam hal ini, penerapan berbagai bidang dalam khasanah bioinformatika dapat dijumpai pada pembuatan pangkalan data dan pengembangan algoritma untuk analisis sekuens biologi telah dilakukan sejak tahun 1960an. Kemajuan teknik biologi molekuler dalam mengungkap sekuens biologi protein dan asam nukleat mengawali perkembangan pangkalan data dan teknik analisis sekuens biologi dengan sangat pesat. Bahkan pada tahun 1960-an telah mulai dikembangkan pangkalan data sekuens protein di Amerika Serikat dilanjutnya pengembangan pangkalan data sekuens DNA di akhir tahun 1970-an. Termasuk di dalamnya Jerman yang berfokus pada European Molecular Biology Laboratory (Laboratorium Biologi Molekuler kawasan Eropa)
Bioinformatika juga mempelajari penerapan teknik komputasi untuk mengelola dan menganalisis informasi hayati yang mencakup penerapan metode-metode matematika, statistika, dan informatika untuk memecahkan masalah-masalah biologi, terutama yang terkait penggunaan sekuens DNA dan asam amino. Misalnya analisis ekspresi gen, analisis filogenetik, pangkalan data untuk mengelola informasi hayati, sequence alignment (penyejajaran sekuens), dan prediksi struktur untuk meramalkan struktur protein dan struktur sekunder RNA. Dalam hal ini, pangkalan data sekuens biologi berwujud sebagai berikut.
a) Data sekuens biologi
Salah satu jenis piranti bioinformatika yang saling terhubungan dengan penggunaan pangkalan data sekuens Biologi adalah BLAST (Basic Local Alignment Search Tool). Ada pun algoritma yang mendasari kerja BLAST adalah penyejajaran sekuens. PDB (Protein Data Bank) sebagai pangkalan data tunggal yang menyimpan model struktur 3D protein dan asam nukleat hasil penentuan eksperimental menggunakan dengan kristalografi sinar X, mikroskopi elektron, dan spectroscopy NMR.
b) Sekuens asam nukleat
Pangkalan data utama untuk sekuens asam nukleat di masa sekarang adalah DDBJ (DNA Data Bank of Japan) dari Jepang, EMBL (the European Molecular Biology Laboratory) untuk kawasan Eropa, dan GenBank dari Amerika Serikat. Ketiga pangkalan data tersebut saling bekerja sama dan bertukar data harian guna menjaga keluasan cakupan masing- masing pangkalan data.
2) Biologi molekular modern
Di bidang bioinformatika ini tidak terlepas dari perkembangan biologi molekular modern, salah satunya peningkatan pemahaman manusia dalam bidang genomik yang terdapat dalam molekul DNA. Perkembangan teknologi DNA rekombinan (DNA) memainkan peranan penting dalam lahirnya bioinformatika. Teknologi tersebut memunculkan pengetahuan baru dalam rekayasa genetika organisme yang dikenal dengan istilah biotechnology. Kemampuan para peneliti dan ilmuwan dalam memahami dan memanipulasi kode genetik DNA sangat didukung teknologi informasi melalui perkembangan hardware dan software yang berkaitan dengan produksi perangkat lunak. Hal ini dapat dilihat pada upaya perusahaan bioteknologi Celera Genomics (Amerika Serikat) yang melakukan pembacaan sekuen genom manusia yang secara maksimal memanfaatkan teknologi informasi, sehingga bisa melakukan pekerjaannya dalam waktu singkat (hanya beberapa tahun).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar