Apa
itu Komputasi ?
Komputasi adalah algoritma yang
digunakan untuk menemukan suatu cara dalam memecahkan masalah dari sebuah data
input. Data input disini adalah sebuah masukan yang berasal dari luar lingkungan
sistem. Komputasi merupakan bagian dari ilmu komputer berpadu dengan ilmu
matematika. Secara umum ilmu 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. Dalam penggunaan secara umum, biasanya berupa penerapan simulasi
komputer atau berbagai bidang keilmuan, tetapi dalam perkembangannya digunakan
juga untuk menemukan prinsip-prinsip baru yang mendasar terhadap bidang ilmu
yang mendasari teori ini. Bidang ini berbeda dengan ilmu komputer, 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.
Teori Komputasi
Teori komputasi adalah cabang
ilmu komputer dan matematika yang membahas apakah dan bagaimanakah suatu
masalah dapat dipecahkan pada model komputasi, menggunakan algoritma. Bidang
ini dibagi menjadi dua cabang: teori komputabilitas dan teori kompleksitas,
namun kedua cabang berurusan dengan model formal komputasi.
Untuk melakukan studi komputasi
dengan ketat, ilmuwan komputer bekerja dengan abstraksi matematika dari
komputer yang dinamakan model komputasi. Ada beberapa model yang digunakan,
namun yang paling umum dipelajari adalah mesin Turing. Sebuah mesin Turing
dapat dipikirkan sebagai komputer pribadi meja dengan kapasitas memori yang tak
terhingga, namun hanya dapat diakses dalam bagian-bagian terpisah dan diskret.
Ilmuwan komputer mempelajari mesin Turing karena mudah dirumuskan, dianalisis
dan digunakan untuk pembuktian, dan karena mesin ini mewakili model komputasi
yang dianggap sebagai model paling masuk akal yang paling ampuh yang
dimungkinkan. Jadi pada dasarnya setiap masalah yang dapat dipecahkan oleh mesin
Turing dapat dipecahkan oleh komputer yang memiliki jumlah memori terbatas.
Komputasi Modern
Komputasi modern bisa disebut 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).
Dalam kerjanya komputasi modern menghitung dan mencari solusi dari masalah yang
ada, dan perhitungan yang dilakukan itu meliputi:
1. Akurasi
2. Kecepatan
3. ProblemVolume Besar
4. Modelling
5. Kompleksitas
Implementasi dari Komputasi dalam berbagai bidang
- Biologi
Dalam implementasi komputasi modern di bidang biologi
terdapat Bioinformatika, sesuai dengan asal katanya yaitu “bio” dan
“informatika”, adalah gabungan antara ilmu biologi dan ilmu teknik informasi
(TI). Pada umumnya, Bioinformatika didefenisikan sebagai aplikasi dari alat
komputasi dan analisa untuk menangkap dan menginterpretasikan data-data
biologi. Ilmu ini merupakan ilmu baru yang yang merangkup berbagai disiplin
ilmu termasuk ilmu komputer, matematika dan fisika, biologi, dan ilmu
kedokteran, dimana kesemuanya saling menunjang dan saling bermanfaat satu sama
lainnya.
Perkembangan teknologi DNA rekombinan memainkan
peranan penting dalam lahirnya bioinformatika. Teknologi DNA rekombinan
memunculkan suatu pengetahuan baru dalam rekayasa genetika organisme yang
dikenala bioteknologi. Perkembangan bioteknologi dari bioteknologi tradisional
ke bioteknologi modren salah satunya ditandainya dengan kemampuan manusia dalam
melakukan analisis DNA organisme, sekuensing DNA dan manipulasi DNA.
Sekuensing DNA satu organisme, misalnya suatu virus
memiliki kurang lebih 5.000 nukleotida atau molekul DNA atau sekitar 11 gen,
yang telah berhasil dibaca secara menyeluruh pada tahun 1977. Kemudia Sekuen
seluruh DNA manusia terdiri dari 3 milyar nukleotida yang menyusun 100.000 gen
dapat dipetakan dalam waktu 3 tahun, walaupun semua ini belum terlalu lengkap.
Saat ini terdapat milyaran data nukleotida yang tersimpan dalam database DNA,
GenBank di AS yang didirikan tahun 1982. Bioinformatika (bahasa Inggris: bioinformatics)
adalah ilmu yang mempelajari penerapan teknik komputasional untuk mengelola dan
menganalisis informasi biologis. Bidang ini mencakup penerapan metode-metode
matematika, statistika, dan informatika untuk memecahkan masalah-masalah
biologis, terutama dengan menggunakan sekuens DNA dan asam amino serta
informasi yang berkaitan dengannya. Contoh topik utama bidang ini meliputi
basis data untuk mengelola informasi biologis, penyejajaran sekuens (sequence
alignment), prediksi struktur untuk meramalkan bentuk struktur protein
maupun struktur sekunder RNA, analisis filogenetik, dan analisis ekspresi gen.
Bioinformatika ialah ilmu yang mempelajari
penerapan teknik komputasi untuk
mengelola dan menganalisis informasi hayati. Bidang ini mencakup penerapan
metode-metode matematika,statistika, dan informatika untuk
memecahkan masalah-masalah biologi, terutama yang terkait dengan penggunaan
sekuens DNA dan asam amino. Contoh topik
utama bidang ini meliputipangkalan
data untuk mengelola informasi hayati, penyejajaran sekuens (sequence
alignment), prediksi struktur untuk meramalkan struktur protein atau pun
struktur sekunder RNA,
analisisfilogenetik,
dan analisis ekspresi gen.
Membicarakan bioinformatika, tak dapat lepas dari
proses lahirnya bidang tersebut. Sebagaimana diketahui, bioteknologi dan
teknologi informasi merupakan dua di antara berbagai teknologi penting yang
mengalami perkembangan signifikan dalam beberapa tahun terakhir ini.
Bioteknologi berakar dari bidang biologi, sedangkan perkembangan teknologi
informasi tak dapat dilepaskan dari matematika. Umumnya biologi dan matematika
dianggap sebagai dua bidang yang sangat berbeda, dan sulit untuk dipadukan.
Tetapi perkembangan ilmu pengetahuan terkini justru menunjukkan sebaliknya.
Perpaduan antara biologi dan matematika, menghasilkan embrio suatu cabang
pengetahuan baru yang memiliki masa depan yang menjanjikan di abad 21 ini.
Embrio itulah yang bernama bioinformatika. Bioinformatika merupakan perpaduan
harmonis antara teknologi informasi dan bioteknologi, yang dilatarbelakangi
oleh ledakan data (data explosion) observasi biologi sebagai hasil yang
dicapai dari kemajuan bioteknologi. Contohnya adalah pertumbuhan pesat database
DNA pada GenBank. Genbank adalah database utama dalam biologi molekuler, yang
dikelola oleh NCBI (National Center for Biotechnology Information) di
AS.
Kemajuan teknik biologi molekuler dalam
mengungkap sekuens biologi protein (sejak awal1950an) dan asam nukleat (sejak
1960an) mengawali perkembangan pangkalan data dan teknik analisis sekuens
biologi. Pangkalan data sekuens protein mulai dikembangkan pada tahun 1960an diAmerika Serikat, sementara
pangkalan data sekuens DNA dikembangkan pada akhir 1970an di Amerika Serikat
dan Jerman pada
Laboratorium Biologi Molekuler Eropa (European
Molecular Biology Laboratory).
Penemuan teknik sekuensing DNA yang
lebih cepat pada pertengahan 1970an menjadi landasan terjadinya ledakan jumlah
sekuens DNA yang dapat diungkapkan pada 1980an dan1990an. Hal ini menjadi
salah satu pembuka jalan bagi proyek-proyek pengungkapan genom, yang meningkatkan
kebutuhan akan pengelolaan dan analisis sekuens, dan pada akhirnya menyebabkan
lahirnya bio informatika.
Perkembangan
jaringan internet juga
mendukung berkembangnya bioinformatika. Pangkalan data bioinformatika yang
terhubungkan melalui internet memudahkan ilmuwan dalam mengumpulkan hasil
sekuensing ke dalam pangkalan data tersebut serta memperoleh sekuens biologi
sebagai bahan analisis. Selain itu, penyebaran program-program
aplikasi bioinformatika melalui internet memudahkan ilmuwan dalam mengakses
program-program tersebut dan kemudian memudahkan pengembangannya.
- Fisika
Implementasi komputasi moderndi bidang fisika ada Computational Physics yang
mempelajari suatu gabungan antara Fisika,Komputer Sain dan Matematika Terapan
untuk memberikan solusi pada “Kejadian dan masalah yang komplek pada dunia
nyata” baik dengan menggunakan simulasi juga penggunaan algoritma yang tepat.
Pemahaman fisika pada teori, experimen, dan
komputasi haruslah sebanding, agar dihasilkan solusi numerik dan visualizasi
/pemodelan yang tepat untuk memahami masalah Fisika. Untuk melakukan perkerjaan
seperti evaluasi integral,penyelesaian persamaan differensial, penyelesaian
persamaan simultans, mem-plot suatu fungsi/data, membuat pengembangan suatu
seri fungsi, menemukan akar persamaan dan bekerja dengan bilangan komplek yang
menjadi tujuan penerapan fisika komputasi.
Banyak
perangkat lunak ataupun bahasa yang digunakan, baik MatLab, Visual Basic,
Fortran,Open Source Physics (OSP), Labview, Mathematica, dan lain sebagainya
digunakan untuk pemahaman dan pencarian solusi numerik dari masalah-masalah
pada Fisika komputasi. Suatu yang menjadi fokus perhatian kita disini adalah
penggunaan visual basicsebagai alat bantu dalam pembelajaran dan pencarian
solusi Fisika komputasi.
- Kimia
Implementasi komputasi modern di bidang kimia ada
Computational Chemistry yaitu penggunaan ilmu komputer untuk membantu
menyelesaikan masalah kimia, contohnya penggunaan super komputer untuk menghitung
struktur dan sifat molekul. Istilah kimia teori dapat
didefinisikan sebagai deskripsi matematika untuk kimia, sedangkan kimia
komputasi biasanya digunakan ketika metode matematika dikembangkan dengan cukup
baik untuk dapat digunakan dalam program komputer. Perlu dicatat bahwa kata
"tepat" atau "sempurna" tidak muncul di sini, karena
sedikit sekali aspek kimia yang dapat dihitung secara tepat. Hampir semua aspek
kimia dapat digambarkan dalam skema komputasi kualitatif atau kuantitatif
hampiran.
Molekul terdiri atas inti dan elektron, sehingga
diperlukan metode mekanika kuantum. Kimiawan komputasi sering berusaha
memecahkan persamaan Schrödinger non-relativistik, dengan penambahan koreksi
relativistik, walaupun beberapa perkembangan telah dilakukan untuk memecahkan
persamaan Schrödinger yang sepenuhnya relativistik. Pada prinsipnya persamaan
Schrödinger mungkin diselesaikan, baik dalam bentuk bergantung-waktu atau
tak-bergantung-waktu, disesuaikan dengan masalah yang dikaji, tetapi pada
praktiknya tidak mungkin kecuali untuk sistem yang amat kecil. Karena itu,
sejumlah besar metode hampiran dikembangkan untuk mencapai kompromi terbaik
antara ketepatan perhitungan dan biaya komputasi.
Dalam kimia teori, kimiawan dan fisikawan secara
bersama mengembangkan algoritma dan program komputer untuk memungkinkan
peramalan sifat-sifat atom dan molekul, dan/atau lintasan reaksi untuk reaksi
kimia, serta simulasi sistem makroskopis. Kimiawan komputasi kebanyakan
“sekedar” menggunakan program komputer dan metodologi yang ada dan
menerapkannya untuk permasalahan kimia tertentu. Di antara sebagian besar waktu
yang digunakan untuk hal tersebut, kimiawan komputasi juga dapat terlibat dalam
pengembangan algoritma baru, maupun pemilihan teori kimia yang sesuai, agar
diperoleh proses komputasi yang paling efisien dan akurat.
