COMPUTATIONAL THINKING

 

Apa itu Berpikir Komputasional? 

Berpikir komputasional (Computational Thinking) adalah metode menyelesaikan persoalan dengan menerapkan teknik ilmu komputer (informatika). Tantangan bebras menyajikan soal-soal yang mendorong siswa untuk berpikir kreatif dan kritis dalam menyelesaikan persoalan dengan menerapkan konsep-konsep berpikir komputasional.

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 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)

3.  Akurasi Komputasi Modern

Dalam memecahkan masalah, komputasi modern menghitung dan mencari solusi dengan menggunakan metode perhitungan sebagai berikut :

  1. 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.

  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.

4.  Tujuan Komputasi Paralel

Tujuan utama penggunaan komputasi paralel adalah untuk mempersingkat waktu eksekusi  program yang menggunakan komputasi serial. Beberapa alasan lain yang menjadikan suatu  program menggunakan komputasi paralel antara lain :

1. Untuk permasalahan yang besar, terkadang sumber daya komputasi yang ada sekarang belum cukup mampu untuk mendukung penyelesaian terhadap permasalahan tersebut
2. Adanya sumber daya non-lokal yang dapat digunakan melalui jaringan atau internet
3. Penghematan biaya pengadaan perangkat keras, dengan menggunakan beberapa mesin yang murah sebagai alternatif penggunaan satu mesin yang bagus tapi mahal, walaupun menggunakan n buah prosesor
4. Adanya keterbatasan kapasitas memori pada mesin untuk komputasi serial.

 

5.   Hambatan Komputasi Paralel

Penggunaan komputasi paralel sebagai solusi untuk mempersingkat waktu yang dibutuhkan untuk eksekusi program mempunyai beberapa hambatan. Hambatan-hambatan tersebut antara lain adalah :

1. Hukum Amdahl : percepatan waktu eksekusi program dengan menggunakan komputasi paralel tidak akan pernah mencapai kesempurnaan karena selalu ada bagian program yang harus dieksekusi secara serial.
2. Hambatan yang diakibatkan karena beban jaringan : dalam eksekusi program secara paralel, prosesor yang berada di mesin yang berbeda memerlukan pengiriman dan  penerimaan data (atau instruksi) melalui jaringan. Untuk program yang dibagi menjadi task-task yang sering membutuhkan sinkronisasi, network latency menjadi masalah utama. Permasalahan ini muncul karena ketika suatu task membutuhkan data dari task yang lain, state ini dikirimkan melalui jaringan di mana kecepatan transfer data kurang dari kecepatan prosesor yang mengeksekusi instruksi task   Hal ini menyebabkan task tersebut harus menunggu sampai data sampai terlebih dahulu, sebelum mengeksekusi instruksi selanjutnya. Jumlah waktu yang dibutuhkan untuk berkomunikasi melalui jaringan antar dua titik adalah jumlah dari startup time, per-hop time, dan per-word transfer time.
3. Hambatan yang terkait dengan beban waktu untuk inisiasi task, terminasi task, dan sinkronisasi.
4. 
   

6.   Arsitektur Memori pada Komputasi Paralel

 Pada umumnya, ada dua buah arsitektur memori pada komputer paralel, yaitu shared memory dan distributed memory

1. Shared memory : arsitektur ini menyediakan global addressing sehingga berbagai prosesor mempunyai cara pengaksesan memori yang seragam. Setiap perubahan pada suatu lokasi memori oleh suatu prosesor akan selalu terlihat oleh prosesor lain. Kelebihan dari arsitektur ini antara lain adalah pengaksesan memori yang user friendly dan performansi yang baik dalam penggunaan data bersama antar task. Sedangkan kekurangannya antara lain adalah kurangnya skalabilitas ketika terjadi penambahan prosesor, di mana akan terjadi peningkatan traffic antara prosesor ke shared memory dan antara cache coherent system dengan memori sebenarnya.

• Berdasarkan frekuensi akses, ada dua jenis shared memory :Uniform Memory Access (UMA) : setiap prosesor memiliki hak pengaksesan yang seragam dengan prosesor lain
• Non Uniform Memory Access (NUMA) : tidak semua prosesor memiliki hak yang sama dalam mengakses memori

2. Distributed memory : arsitektur ini mempunyai karakteristik di mana setiap prosesor memiliki memorinya masing-masing, sehingga eksekusi instruksi dapat berjalan secara independen antara satu prosesor dengan yang lain. Prosesor akan menggunakan jaringan ketika membutuhkan akses ke memori non lokal. Akses ini sepenuhnya menjadi tanggung jawab  penulis program. Kelebihan dari arsitektur ini adalah terjaganya skalabilitas ketika terjadi  penambahan prosesor. Sedangkan kekurangannya adalah penulis program harus berurusan dengan detail komunikasi data antara prosesor dan memori non lokal.

7.  Dampak Adanya Komputasi Modern

Komputasi modern membantu manusia untuk menyelesaikan masalah-masalah yang kompleks dengan menggunakan komputer. Salah satu contohnya yaitu biometric. Biometric merupakan pengukuran dari statistik analisa data biologi yang berdasar pada teknologi untuk menganalisa karakteristik suatu tubuh. Terdapat banyak teknik biometric yang berbeda, diantaranya :

• Pembacaan sidik jari / telapak tangan
• Geometri tangan
• Pembacaan retina / iris
• Pengenalan suara
• Dinamika tanda tangan.

Kehadiran teknologi komputasi yang semakin canggih juga telah merubah gaya hidup manusia dan tuntutan pada kompetensi manusia. Kini kehidupan manusia semakin tergantung pada komputer.

Selain mempunyai dampak struktural, teknologi juga membangkitkan proses kultural dalam masyarakatnya. Inilah gejala yang oleh N. Postman disebut technopoly, yang olehnya digambarkan sebagai berikut :

“Technopoly is a state of culture. It is also a state of mind. It consist in the deification of technology, which means that the culture seeks it’s satisfactions in technology, and takes it’s orders from technology”

Jadi masalahnya saat ini ialah sejauh mana kesiapan masyarakat untuk memasuki zaman teknologi sebagai pembangkit budaya baru tanpa merapuhkan budayanya sendiri.

Dengan demikian, maka tidak keliru pula untuk menyatakan bahwa dominasi teknologi akan berlanjut dengan berseminya budaya baru yang melahirkan berbagai nilai baru pula yang cenderung menjadi acuan perilaku manusia modern dalam berbagai pola interaksi dengan sesamanya.