Komputasi merupakan cara untuk
menemukan pemecahan masalah dari data input dengan menggunakan suatu algoritma.
Kemudian teori komputasi adalah 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. Pada zaman
sekarang ini, komputasi dilakukan dengan cara menggunakan
komputer. Komputasi yang menggunakan komputer inilah maka disebut
dengan Komputasi Modern.
Perhitungan komputasi modern yaitu seperti :
Akurasi (bit, floating point)
Kecepatan (dalam satuanHz)
Problem volume besar (paralel)
Modeling (NN dan GA)
Kompleksitas (menggunakan Teori Bog O)
Umumnya, ilmu komputasi merupakan
bidang ilmu yang mempunyai perhatian pada penyusunan model matematika dan
teknik penyelesaian numerik serta penggunaan komputer untuk menganalisis dan
memecahkan masalah-masalah ilmu (sains).
Dengan cara sederhana, 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.
Ilmu komputasi berbeda dengan ilmu
komputer. 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 yang
bersangkutan.
SEJARAH SINGKAT KOMPUTASI
· Pada
paruh pertama abad 20, banyak kebutuhan komputasi ilmiah bertemu dengan semakin
canggih komputer analog, yang menggunakan mekanis atau listrik langsung model
masalah sebagai dasar perhitungan. Namun, ini tidak dapat diprogram dan umumnya
tidak memiliki fleksibilitas dan keakuratan komputer digital modern. George Stibitz
secara internasional diakui sebagai ayah dari komputer digital modern.
· Sementara
bekerja di laboratorium bel di November 1937, Stibitz menciptakan dan membangun
sebuah relay berbasis kalkulator ia dijuluki sebagai "model k" (untuk
"meja dapur", di mana dia telah berkumpul itu), yang adalah orang
pertama yang menggunakan sirkuit biner untuk melakukan operasi aritmatika.
Kemudian model menambahkan kecanggihan yang lebih besar termasuk aritmatika dan
kemampuan pemrograman kompleks.
TOKOH YANG MEMBAWA PENGARUH BESAR DALAM PERKEMBANGAN
KOMPUTASI MODERN
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.
Sejarah Komputasi Modern
Komputasi Modern pertama kali digagasi oleh John Von Neumann. Beliau di
lahirkan di Budapest, ibukota Hungaria pada 28 Desember 1903 dengan nama asli
yaitu Neumann Janos. Awal mula pemberian nama Von Neumann dikarenakan prinsip
arsitektur beliau masih terus digunakan meskipun implementasi mesin dari sebuah
tabung vakum, ke sirkuit terpadu (Integrated Circuit). Yang membuatnya tidak
berubah adalah aliran informasi yang mengalir di dalam komputer tersebut.
Arsitektur Von Neumann menggambarkan komputer dengan empat bagian utama:
- Unit
Aritmatika dan Logis (ALU).
- Unit
kontrol.
- Memori.
- Alat
masukan dan hasil (secara kolektif dinamakan I/O).
Bagian ini dihubungkan oleh berkas
kawat, “bus”. Pada dasarnya komputer arsitektur Von Neumann adalah
terdiri dari elemen sebagai berikut:
- Prosesor, merupakan pusat dari kontrol dan
pemrosesan instruksi pada komputer.
- Memori, digunakan untuk menyimpan informasi baik
program maupun data.
- Perangkat
input-output,
berfungsi sebagai media yang menangkap respon dari luar serta menyajikan
informasi keluar sistem komputer.
Berikut ini beberapa contoh komputasi modern sampai
dengan lahirnya ENIAC :
· 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.
· 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).
· Colossus Computer 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.
· 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 padatahun 1941).
Parallel Processing pada Komputer
Pemrosesan Parallel (Parallel Processing)
Penggunaan lebih dari satu CPU
atau inti prosesor secara simultan untuk mengeksekusi sebuah program atau
banyak program dengan komputasi ganda. Idealnya, parallel processing membuat program
berjalan lebih cepat karena ada mesin yang lebih (CPU atau core)
menjalankannya.
Dalam praktek pararel
processing, seringkali sulit membagi program sedemikian rupa sehingga terpisah
atau CPU core dapat mengeksekusi bagian yang berbeda tanpa mengganggu satu sama
lain. Sebagian besar komputer hanya memiliki satu CPU, tetapi beberapa model
memiliki beberapa chip prosesor, dan multi-core menjadi norma. Bahkan ada
komputer dengan ribuan CPU.
Dengan single-CPU, single core
komputer, adalah mungkin untuk melakukan proses pengolahan paralel dengan
menghubungkan komputer dalam jaringan. Namun, jenis pemrosesan paralel
membutuhkan perangkat lunak yang sangat canggih yang disebut perangkat lunak
pengolah didistribusikan.
Perhatikan bahwa paralelisme
berbeda dari konkurensi. Konkurensi adalah istilah yang digunakan dalam sistem
operasi dan database masyarakat yang mengacu pada milik suatu sistem di mana
banyak tugas tetap aktif secara logis dan membuat kemajuan pada saat yang sama
dengan interleaving urutan pelaksanaan tugas dan dengan demikian menciptakan
ilusi sekaligus melaksanakan instruksi. Paralelisme, di sisi lain adalah
istilah yang biasanya digunakan oleh komunitas superkomputer untuk
menggambarkan eksekusi yang secara fisik mengeksekusi secara bersamaan dengan
tujuan untuk memecahkan masalah dalam waktu yang lebih atau pemecahan masalah
yang lebih besar dalam waktu yang sama. Paralelisme mengeksploitasi konkurensi.
Komputasi Paralel
Salah satu teknik untuk melakukan
komputasi secara bersamaan dengan memanfaatkan beberapa komputer secara
bersamaan. Biasanya diperlukan saat kapasitas yang diperlukan sangat besar,
baik karena harus mengolah data dalam jumlah besar ataupun karena tuntutan
proses komputasi yang banyak. Untuk melakukan aneka jenis komputasi paralel ini
diperlukan infrastruktur mesin paralel yang terdiri dari banyak komputer yang
dihubungkan dengan jaringan dan mampu bekerja secara paralel untuk
menyelesaikan satu masalah. Untuk itu diperlukan aneka perangkat lunak
pendukung yang biasa disebut sebagai middleware yang berperan untuk mengatur
distribusi pekerjaan antar node dalam satu mesin paralel. Selanjutnya pemakai
harus membuat pemrograman paralel untuk merealisasikan komputasi.
Komputasi Paralel merupakan salah
satu teknologi paling menarik sejak ditemukannya komputer pada tahun 1940-an.
Terobosan dalam pemorosesan parallel selalu berkembang dan mendapatkan tempat
disamping teknologi-teknologi lainnya sejak Era Kebangkitan (1950-an), Era
Mainframe (1960-an), Era Minis (1970-an), Era PC (1980-an) dan Era Komputer
Paralel (1990-an). Dengan berbagai pengaruh atas perkembangan teknologi
lainnya, dan bagaimana teknologi ini mengubah persepsi terhadap komputer, dapat
dimengerti betapa pentingnya komputasi parallel itu.
Inti dari komputasi parallel yaitu
hardware, software, dan aplikasinya. Paralel prosesing merupakan suatu
pemrosesan informasi yang lebih mendekatkan pada manipulasi rata-rata dari
elemen data terhadap satu atau lebih penyelesaian proses dari sebuah masalah.
Dengan kata lain komputasi parallel adalah komputer dengan banyak processor
dapat melakukan parallel processing dengan cara membagi-bagi proses ke
source-source yang dimiliki.
Pemrograman paralel
Adalah teknik pemrograman komputer yang
memungkinkan eksekusi perintah / operasi secara bersamaan baik dalam
komputer dengan satu (prosesor tunggal) ataupun banyak (prosesor ganda
dengan mesin paralel) CPU. Tujuan utama dari pemrograman paralel adalah untuk
meningkatkan performa komputasi. Semakin banyak hal yang bisa dilakukan secara bersamaan
(dalam waktu yang sama), semakin banyak pekerjaan yang bisa diselesaikan. Komputasi
paralel membutuhkan:· algoritma· bahasa pemrograman· compiler Sebagai
besar komputer hanya mempunyai satu CPU, namun ada yang mempunyai lebih dari
satu.
Aristektur Komputer Parallel terdiri dari:
- Komputer
SISD (Single Instruction stream-Single Data stream)
- Komputer
SIMD (Single Instruction stream-Multiple Data stream)
- Komputer
MISD (Multiple Instruction stream-Single Data stream)
- MIMD
(Multiple Instruction stream-Multiple Data stream)
Paradigma pemrosesan parallel bergantung pada nomor 2 dan 4. Model SIMD (single
instruction multiple data) menggunakan banyak processor dengan instruksi
yang sama, namun setiap processor mengolah data yang berbeda. Sebagai contoh
kita ingin mencari angka 27 pada deretan angka yang terdiri dari 100 angka, dan
kita menggunakan 5 processor. Pada setiap processor kita menggunakan algoritma
atau perintah yang sama, namun data yang diproses berbeda. Misalnya processor 1
mengolah data dari deretan / urutan pertama hingga urutan ke 20, processor 2
mengolah data dari urutan 21 sampai urutan 40, begitu pun untuk
processor-processor yang lain. Beberapa contoh komputer yang menggunakan model
SIMD adalah ILLIAC IV, MasPar, Cray X-MP, Cray Y-MP, Thingking Machine CM-2 dan
Cell Processor (GPU).
Paradigma functional dataflow yang memperkenalkan konsep model MIMD (Multiple
Instrution Multiple Data) menggunakan banyak processor dengan setiap
processor memiliki instruksi yang berbeda dan mengolah data yang berbeda. Namun
banyak komputer yang menggunakan model MIMD juga memasukkan komponen untuk
model SIMD. Beberapa komputer yang menggunakan model MIMD adalah IBM POWER5,
HP/Compaq AlphaServer, Intel IA32, AMD Opteron, Cray XT3 dan IBM BG/L.
Suatu program parallel memerlukan koordinasi ketika sebuah tugas bergantung
pada tugas lainnya. Ada dua macam bentuk koordinasi pada komputer parallel :
-synchronous.
Bentuk synchronous merupakan koordinasi pada hardware
yang memaksa semua tugas agar dilaksanakan pada waktu yang bersamaan dengan
mengesampingkan adanya ketergantungan tugas yang satu dengan yang lainnya.
-asynchronous.
Sementara bentuk asynchronous mengandalkan mekanisme
pengunci untuk mengkoordinasikan processor tanpa harus berjalan bersamaan.
Hubungan antara Komputasi Modern dan Parallel Processing
Pemrosesan paralel juga disebut komputasi paralel. Dalam
upaya lebih murah pengolahan komputasi paralel menyediakan alternatif pilihan
yang layak. Waktu idle siklus prosesor di seluruh jaringan dapat digunakan
secara efektif oleh perangkat lunak komputasi terdistribusi yang canggih.
Pengolahan paralel istilah digunakan untuk mewakili kelas besar teknik yang
digunakan untuk memberikan tugas pengolahan simultan data untuk tujuan
meningkatkan kecepatan komputasi dari sistem komputer.
Kelebihan:
· waktu
eksekusi lebih cepat.
· throughput
jadi lebih tinggi.
Kerugian:
· perangkat
keras lainnya yang dibutuhkan.
· kebutuhan
daya juga lebih.
· Tidak
baik untuk daya rendah dan perangkat mobile.
(parallel processing adalah salah satu teknik
komputasi modern).
Kesimpulan
Komputasi merupakan cara untuk
menemukan pemecahan masalah dari data input dengan menggunakan suatu algoritma.
Perhitungan komputasi modern yaitu, akurasi (bit, floating point), kecepatan
(dalam satuanHz), problem volume besar (paralel), modeling (NN dan GA),
kompleksitas (menggunakan Teori Bog O). John von Neumann (1903-1957), beliau
adalah ilmuan yang meletakkan dasar-dasar komputer modern. Dalam perkembangan
komputasi dikembangkanlah parallel processing. Parallel Processing membuat
program berjalan lebih cepat karena ada mesin yang lebih (CPU atau core)
menjalankannya. Untuk melakukan aneka jenis komputasi paralel ini diperlukan
infrastruktur mesin paralel yang terdiri dari banyak komputer yang dihubungkan
dengan jaringan dan mampu bekerja secara paralel untuk menyelesaikan satu
masalah. Inti dari komputasi parallel yaitu hardware, software, dan
aplikasinya. Tujuan utama dari pemrograman paralel adalah untuk meningkatkan
performa komputasi. Semakin banyak hal yang bisa dilakukan
secara bersamaan (dalam waktu yang sama), semakin banyak pekerjaan yang
bisa diselesaikan.
Sumber:
http://tianade.blogspot.com/2012/05/artikel-komputasi-dan-parallel.html
