BAB I
PENDAHULUAN
Komputasi Modern merupakan sebuah sistem yang akan
menyelesaikan masalah matematis menggunakan komputer dengan cara menyusun
algoritma yang dapat dimengerti oleh komputer yang berguna untuk menyelesaikan
suatu masalah. Dalam komputasi modern terdapat perhitungan dari pencarian
solusi dari masalah. Perhitungan dari komputasi modern adlah
akurasi,kecepatan,problem,volume dan besar kompleksitas. 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. Komputasi modern menghitung dan
mencari solusi dari masalah yang ada, yang menjadi perhitungan dari komputasi
modern adalah : 1. Akurasi (bit, Floating poin) 2. Kecepatan (Dalam satuan Hz)
3. Problem volume besar (Down sizing atau paralel) 4. Modeling (NN dan GA) 5.
Kompleksitas (Menggunakan teori Big O).
BAB II
TEORI
Sejarah
komputer modern dimulai dengan dua teknologi yang terpisah- perhitungan
otomatis dan dapat di program-tapi tidak ada satu perangkat pun yang dapat
dikatakan sebagai komputer, karena sebagian penerapan yang tidak konsisten
istilah tersebut. Contoh-contoh awal perangkat penghitung mekanis termasuk
sempoa (yang berasal dari sekitar 150-100 SM).
Seorang pahlawan dari Alexandria (sekitar 10-70 AD) membangun sebuah
teater mekanis yang diadakan bermain berlangsung 10 menit dan dioperasikan oleh
sebuah sistem yang kompleks dengan tali dan drum yang dipakai sebagai sarana
untuk memutuskan bagian dari mekanisme. Ini adalah inti dari programmability. Salah satu tokoh yang sangat
mempengaruhi perkembangan komputasi modern adalah 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 singkat dari
perjalanan hidup dari Von Neumann , dilahirkan di Budapest, Hungaria pada 28
Desember 1903 dengan nama Neumann Janos. Dia adalah anak pertama dari pasangan
Neumann Miksa dan Kann Margit.Nama keluarga diletakkan di depan nama asli.
Sehingga dalam bahasa Inggris, nama orang tuanya menjadi Max Neumann. Pada saat
Max Neumann memperoleh gelar, maka namanya berubah menjadi Von Neumann. Setelah
bergelar doktor dalam ilmu hukum, dia menjadi pengacara untuk sebuah bank. Pada
tahun 1903, Budapest merupakan tempat
lahirnya para manusia genius dari bidang sains, penulis, seniman dan musisi. Von Neumann belajar berbagai tempat
dan beberapa tempatnya di Berlin dan Zurich. Di tempat itu beliau mendapatkan
diploma pada bidang teknik kimia pada tahun 1926. Pada tahun yang sama dia
mendapatkan gelar doktor pada bidang matematika dari Universitas Budapest.
Keahlian Von Neumann terletak pada bidang teori game yang melahirkan konsep
seluler automata, teknologi bom atom, dan komputasi modern yang kemudian
melahirkan komputer. Kegeniusannya dalam bidang matematika telah terlihat
semenjak kecil dengan mampu melakukan pembagian bilangan delapan digit (angka)
di dalam kepalanya. Beliau pernah mengajar di Berlin dan Hamburg, Von Neumann
pindah ke Amerika pada tahun 1930 dan bekerja di Universitas Princeton pada
saat yang bersamaan Von Neumann menjadi salah satu pendiri Institute for
Advanced Studies. Von Neumann sangat tertarik pada hidrodinamika dan kesulitan
penyelesaian persamaan diferensial parsial nonlinier yang digunakan, Von
Neumann kemudian beralih dalam bidang komputasi. Von Neumann menjadi seorang
konsultan pada pengembangan komputer ENIAC, dia merancang konsep arsitektur
komputer yang masih dipakai sampai sekarang. Arsitektur Von Nuemann adalah
seperangkat komputer dengan program yang tersimpan (program dan data disimpan
pada memori) dengan pengendali pusat, I/O, dan memori.
·
Mekanika kuantum
Von
Neumann selain genius juga seorang pemikir yang kreatif. Ia mampu mengubah
konsep atau pemikiran orang lain menjadi sesuatu yang lebih baik, lengkap dan
logis. Hal inilah yang dilakukannya pada teori mekanika kuantum. Mekanika
kuantum berurusan dengan perilaku partikel atomik dan hukum-hukum yang
mengaturnya. Pada masa itu, ada dua teori yang saling berkompetisi untuk mendeskripsikan
dunia atom. Pertama,
mekanika gelombang yang digagas Erwin Schrodinger. Menurutnya, sebuah elektron
dalam atom hidrogen, analog dengan tali pada instrument musik. Dengan teori ini,
Schrodinger mengembangkan persamaan gelombang untuk elektron yang secara tepat
mampu memprediksi perilaku elektron. Teori yang kedua bernama mekanika
matriks yang dikembangkan Werner Heisenberg, Max Born dan Pascual Jordan. Teori
ini mengatakan, nilai posisi dan momentum suatu partikel dapat dideskripsikan
konstruksi matematika menggunakan aljabar matriks. Kedua teori ini tampak
berbeda di mata banyak orang. Dua persepsi mengenai masalah yang sama. Namun
Von Neumann mampu membuktikan, kedua sistem tersebut ternyata ekivalen secara
matematis alias sama tetapi berbeda bentuk. Namun Von Neumann ingin
mengembangkan teori yang lebih baik lagi dari keduanya. Ia ingin mengembangkan
yang lebih fundamental dan powerful, sehingga lahirlah konsep “ruang Hilbert
abstrak”. Konsep ini merupakan struktur matematika untuk mekanika kuantum.
Formulasi ini ternyata lebih mudah digunakan orang lain untuk melakukan
penelitian mekanika kuantum.
·
Bom atom
Kepiawaian
Von Neumann tidak hanya di bidang yang abstrak seperti mekanika kuantum, namun
juga dalam bidang teknik seperti pengembangan bom atom di Los Alamos pada tahun
1943. Pada saat itu, Amerika Serikat merasa ketakutan jika Jerman bisa membuat
bom atom, sehingga dibentuklah tim yang beranggotakan ilmuwan-ilmuwan ternama
untuk merancang sebuah bom atom, sesuatu yang dikatakan banyak orang sebagai
iblis penghancur, di Los Alamos. Kontribusi Von Neumann dalam projek bom atom
adalah pengembangan matematikanya dan kontribusinya pada implosion bomb.
·
Jenis-jenis Komputasi Modern
1.
Mobile Computing atau Komputasi Bergerak
2.
Grid Computing
3.
Cloud Computing atau Komputasi Awan
MANFAAT KOMPUTASI MODERN
Komputasi modern ini
melakukan perhitungan dengan menggunakan komputer yang canggih dimana pada
computer tersebut tersimpan sejumlah algoritma untuk menyelesaikan masalah
perhitungan secara efektif dan efisien.
Dari sana dapat
terlihat bahwa komputasi modern dapat dimanfaatkan untuk memecahkan
masalah-masalah seperti dibawah ini:
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.
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.
Akurasi (big,
Floating point)
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.
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.
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.
BAB III
ANALISA
Implementasi yang jelas terlihat ada pada ilmu
Bioinformatika. Berikut akan dibahas bagaimana bioinformatika itu termasuk
dalam implementasi dalam bidang ilmu komputasi modern.
Pengertian
Bioinformatika
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.
Istilah bioinformatics mulai
dikemukakan pada pertengahan era 1980-an untuk mengacu pada penerapan komputer
dalam biologi. Namun demikian, penerapan bidang-bidang dalam bioinformatika
(seperti pembuatan basis data dan pengembangan algoritma untuk analisis sekuens
biologis) sudah dilakukan sejak tahun 1960-an.
Ilmu
bioinformatika lahir atas insiatif para ahli ilmu komputer berdasarkanartificial
intelligence. Mereka berpikir bahwa semua gejala yang ada di alam ini bisa
diuat secara artificial melalui simulasi dari gejala-gejala tersebut. Untuk
mewujudkan hal ini diperlukan data-data yang yang menjadi kunci penentu
tindak-tanduk gejala alam tersebut, yaitu gen yang meliputi DNA atau RNA.
Bioinformatika ini penting untuk manajemen data-data dari dunia biologi dan
kedokteran modern. Perangkat utama Bioinformatika adalah program software dan
didukung oleh kesediaan internet.
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.
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 adalah database utama dalam
biologi molekuler, yang dikelola oleh NCBI (National Center for
Biotechnology Information) di AS.
Cabang ilmu
Bioinformatika
Bioinformatika merupakan suatu bidang interdisipliner.
Banyak cabang-cabang disiplin ilmu yang terkait dengan Bioinformatika sehingga
banyak pilihan bagi yang ingin mendalami Bioinformatika. Beberapa bidang yang
terkait dengan Bioinformatika antara lain:
1. Biophysics
Biophysics adalah
sebuah bidang interdisipliner yang mengaplikasikan teknik-teknik dari ilmu
Fisika untuk memahami struktur dan fungsi biologi (British Biophysical
Society).
2. Computational
Biology
Computational biology merupakan
bagian dari Bioinformatika yang paling dekat dengan bidang Biologi umum klasik.
Fokus dari computational biology adalah gerak evolusi,
populasi, dan biologi teoritis daripada biomedis dalam molekul dan sel.
3. Medical
Informatics
Medical informatics adalah
sebuah disiplin ilmu yang baru yang didefinisikan sebagai pembelajaran,
penemuan dan implementasi dari struktur dan algoritma untuk meningkatkan
komunikasi, pengertian dan manajemen informasi medis.
4. Cheminformatics
Cheminformatics adalah
kombinasi dari sintesis kimia, penyaringan biologis dan pendekatan data-mining yang
digunakan untuk penemuan dan pengembangan obat (Cambridge Healthech
Institute’s Sixth Annual Cheminformatics conference).
5. Genomics
Genomics adalah
bidang ilmu yang ada sebelum selesainya sekuen genom, kecuali dalam bentuk yang
paling kasar. Genomics adalah setiap usaha untuk menganalisa
atau membandingkan seluruh komplemen genetik dari satu spesies atau lebih.
6. Mathematical
Biology
Mathematical biology menangani
masalah-masalah biologi, namun metode yang digunakan untuk menangani masalah
tersebut tidak perlu secara numerik dan tidak perlu diimplementasikan dalam software maupun hardware.
7. Proteomics
Proteomics berkaitan
dengan studi kuantitatif dan kualitatif dari ekspresi gen di level dari
protein-protein fungsional itu sendiri. Yaitu: “sebuah antarmuka antara
biokimia protein dengan biologi molekul”.
8. Pharmacogenomics
Pharmacogenomics adalah
aplikasi dari pendekatan genomik dan teknologi pada identifikasi dari
target-target obat.
9. Pharmacogenetics
Pharmacogenetics adalah
bagian dari pharmacogenomics yang menggunakan metode genomik
atau Bioinformatika untuk mengidentifikasi hubungan-hubungan genomik.
Perkembangan
dan Penerapan Bioinformatika
Dunia
memasuki babak baru yang diberi nama borderless world atau
dunia tanpa batas. Perkembangan teknologi yang tiada henti memungkinkan manusia
untuk berekspresi dan saling berkompetisi untuk menemukan bidang ilmu
pengetahuan dan teknologi yang baru.
Salah satu
perkembangan ilmu yang menggabungkan aspek teknologi informasi (TI) dan aspek
biologi adalah Bioinformatika. Disiplin ilmu yang merupakan salah satu topik
paling hangat dibicarakan dewasa ini dalam sejarahnya tak lepas dari perkembangan
bioteknologi di era tahun 70-an dimana seorang ilmuwan AS melakukan inovasi
dalam mengembangkan teknologi DNA rekombinan sehingga pada akhirnya lahir
perusahaan bioteknologi pertama di dunia, yaitu Genentech di AS. Perusahaan ini
memproduksi protein hormon insulin dalam bakteri yang dibutuhkan penderita
diabetes dimana selama ini insulin hanya bisa didapatkan dalam jumlah sangat
terbatas dari organ pankreas sapi.
Definisi
Bioinformatika menurut Fredj Tekaia dari Institut Pasteur adalah: “metode matematika,
statistik dan komputasi yang bertujuan untuk menyelesaikan masalah-masalah
biologi dengan menggunakan sekuen DNA dan asam amino dan informasi-informasi
yang terkait dengannya”.
Salah satu
pencapaian besar dalam metode Bioinformatika adalah selesainya proyek pemetaan
genom manusia (Human Genom Project). Selesainya proyek raksasa tersebut
menyebabkan bentuk dan prioritas dari riset dan penerapan Bioinformatika
berubah. Secara umum dapat dikatakan bahwa proyek tersebut membawa perubahan
besar pada sistem hidup kita, sehingga sering disebutkan –terutama oleh ahli
biologi—bahwa kita saat ini berada di masa pascagenom.
Tahun 1997,
Ian Wilmut dari Roslin Institute dan PPL Therapeutics Ltd, Edinburg,
Skotlandia, berhasil mengklon gen manusia yang menghasilkan faktor IX (faktor
pembekuan darah), dan memasukkan ke kromosom biri-biri. Diharapkan biri-biri
yang selnya mengandung gen manusia faktor IX akan menghasilkan susu yang
mengandung faktor pembekuan darah. Jika berhasil diproduksi dalam jumlah banyak
maka faktor IX yang diisolasi dari susu harganya bisa lebih murah untuk
membantu para penderita hemofilia.
Kesimpulan
Dari bahasan diatas, dapat diambil sebuah kesimpulan
bahwa ilmu Komputasi Modern itu dapat diterapkan dalam berbagai disiplin ilmu
seperti ilmu Bioinformatika ini. Jadi, tidak menutup kemungkinan ilmu Komputasi
Modern ini dapat berkembang lebih pesat menjamuri berbagai disiplin ilmu
lainnya.
SUMBER:
http://arkadiuswellyam.wordpress.com/2014/03/15/perkembangan-komputasi-modern-bidang-biologi/
http://arkadiuswellyam.wordpress.com/2014/03/15/perkembangan-komputasi-modern-bidang-biologi/
