Komputasi dan Perkembangan Generasi Komputer

Tugas pertama softskill di semester 8 kali ini akan membahas tentang komputasi, di mulai dari apa itu komputasi, sejarah komputasi, model-model dalam komputasi, dan perkembangan generasi komputer. Untuk lebih jelasnya, saya akan sedikit membahas tentang keseluruhan materi tersebut.

>> APA ITU KOMPUTASI <<

Dari berbagai sumber yang saya dapat, komputasi diartikan sebagai cara untuk memecahkan masalah dari data input dengan menggunakan algoritma. Selama ribuan tahun, perhitungan dan komputasi umumnya dilakukan dengan menggunakan kertas atau kapur dan batu tulis, atau dikerjakan secara mental, kadang-kadang dengan bantuan suatu tabel. Namun sekarang, seiring dengan berkembangnya teknologi, kebanyakan komputasi telah dilakukan dengan menggunakan komputer.

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 (sains). Pembelajaran dari teori komputasi terfokus untuk menjawab pertanyaan pokok tentang hal apa saja yang bisa dilakukan komputasi terhadapnya dan ketersediaan resource (sumber daya) yang dibutuhkan untuk melakukan komputasi tersebut. Untuk menjawab pertanyaan pertama, computability theory (teori komputabilitas) menguji masalah-masalah komputasi mana yang dapat dipecahkan oleh berbagai model komputasi. Pertanyaan kedua dialamatkan untuk teori kompleksitas komputasi, yang mempelajari waktu dan biaya yang berhubungan dengan pemecahan masalah komputasi. 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.

Komputasi juga sering diartikan sebagai sebuah komputer secara fisik. Sebagai contoh dari sistem fisik yaitu komputer digital, komputer quantum, komputer penganalisa DNA, dan komputer molekular. Sudut pandang ini dipelajari di cabang ilmu teori fisik yang disebut Physic of Computation. Bahkan ada sudut pandang yang lebih radikal berbasis dalil Digital Physic yang menyatakan bahwa evolusi alam semesta itu sendiri adalah sebuah proses komputasi disebut Pancomputationalism.

Ilmu komputasi memiliki beberapa penelitian spesifik seperti dalam gambar di bawah ini :

-  Numerical Analysis (Analisa Numerik) : Mempelajari algoritma untuk masalah continuous mathematics (berbeda dengan matematika diskrit).

- Computational Physics (Fisika) : Mempelajari implementasi algoritma numerik untuk memecahkan permasalahan teori kuantitatif fisika yang sudah ada. Sering dianggap sebagai cabang menengah diantara fisika teoritis dan fisika eksperimental.

-   Computational Chemistry (Kimia) : salah satu cabang kimia yang menggunakan ilmu komputer untuk membantu menyelesaikan masalah kimia. 

-  Computational Neuroscience (Jaringan Saraf) : Mempelajari fungsi otak dalam memproses informasi yang membentuk sistem jaringan saraf. Merupakan bidang yang berada diantara neuroscience, ilmu kognitif dan psikologi dengan teknik elektro, ilmu komputer, matematika dan fisika.

-   Cognitive Science (Ilmu Kognitif) : Sebuah cabang ilmu menengah yang mempelajari bagaimana informasi dibentuk dan digambarkan oleh otak.

-   Computational Sociology (Sosiologil) : Sebuah cabang ilmu sosiologi yang menggunakan metode komputasi intensif untuk menganalisa fenomena sosial.

-  Computational Economics (Ekonomi) : Mempelajari titik pertemuan antara ekonomi dan komputasi. 

>> SEJARAH KOMPUTASI <<

Komputasi modern pertama kalinya digagaskan oleh seorang ilmuan yang bernama John Von Neumann. Dialah orang yang pertama kali menggagaskan konsep sebuah sistem yang menerima intruksi-intruksi dan menyimpannya dalam sebuah memory. Konsep inilah yang menjadi dasar arsitektur komputer modern. John Von Neumann memberikan berbagai sumbangsihnya dengan cara meningkat karya – karyanya dalam bidang matematika, teori kuantum, game theory, fisika nuklir, dan ilmu komputer. Selain itu, Von Neumann juga merupakan seorang ilmuan yang sangat berperan penting dalam pembuatan bom atom di Los Alamos pada Perang Dunia II silam. Dan berkat kepiawaian Neumann di bidang teori game inilah ia bisa melahirkan konsep automata, teknologi bom atom dan komputasi modern yang akhirnya melahirkan sebuah computer.

Sebenarnya kata “komputer” tersebut pertama kali dipergunakan secara umum pada tahun 1613. Arti kata komputer itu sendiri mengacu kepada perhitungan aritmatika dan kata tersebut masih dipergunakan hingga pertengahan abad ke-20. Dan seiring dengan perkembangan jaman dari akhir abad ke-19 hingga seterusnya, “computer” menjadi berubah makna jadi sebuah mesin yang melakukan komputasi.

Kemudian sekitar tahun 1920an, kata “mesin komputasi” mulai dikenal. Setiap mesin yang dapat membantu melakukan pekerjaan manusia yaitunya menghitung dengan metode yang efektif, disebut dengan mesin komputasi. Pada tahun 1940-1950 dengan munculnya mesin komputasi elektronik kata “mesin komputasi” mulai berubah menjadi “komputer” yang biasanya diawali dengan “elektronik” atau “digital”.

Sejak saat itu, 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. Konsep dasar arsitektur komputer modern sendiri ialah konsep sebuah sistem yang menerima intruksi-intruksi dan menyimpannya dalam sebuah memory.

>> MODEL KOMPUTASI <<
Ada 3 jenis model pada komputasi, yaitu :

1. Mesin Mealy
Dalam teori komputasi sebagai konsep dasar sebuah komputer, mesin Mealy adalah otomasi fasa berhingga (finite state automaton atau finite state tranducer) yang menghasilkan keluaran berdasarkan fasa saat itu dan bagian masukan/input. Dalam hal ini, diagram fasa (state diagram) dari mesin Mealy memiliki sinyal masukan dan sinyal keluaran untuk tiap transisi. Prinsip ini berbeda dengan mesin Moore yang hanya menghasilkan keluaran/output pada tiap fasa.
Nama Mealy diambil dari “G. H. Mealy” seorang perintis mesin-fasa (state-machine) yang menulis karangan “A Method for Synthesizing Sequential Circuits” pada tahun 1955.

2. Mesin Moore
Dalam teori komputasi sebagai prinsip dasar komputer, mesin Moore adalah otomasi fasa berhingga (finite state automaton) di mana keluarannya ditentukan hanya oleh fasa saat itu (dan tidak terpengaruh oleh bagian masukan/input). Diagram fasa (state diagram) dari mesin Moore memiliki sinyal keluaran untuk masing-masing fasa. Hal ini berbeda dengan mesin Mealy yang mempunyai keluaran untuk tiap transisi.
Nama Moore diambil dari “Edward F. Moore” seorang ilmuwan komputer dan perintis mesin-fasa (state-machine) yang menulis karangan “Gedanken-experiments on Sequential Machines”.

3. Petri Net
Petri net adalah salah satu model untuk merepresentasikan sistem terdistribusi diskret. Sebagai sebuah model, Petri net merupakan grafik 2 arah yang terdiri dari place,transition, dan tanda panah yang menghubungkan keduanya. Di samping itu, untuk merepresentasikan keadaan sistem, token diletakkan pada place tertentu. Ketika sebuah transition terpantik, token akan bertransisi sesuai tanda panah.
Petri net pertama kali diajukkan oleh Carl Adam Petri pada tahun 1962.

>> GENERASI KOMPUTER <<

Dalam perkembangannya, komputer terbagi menjadi 5 generasi, sebagai berikut :

- Generasi Pertama
Dengan terjadinya Perang Dunia Kedua, negara-negara yang terlibat dalam perang tersebut berusaha mengembangkan komputer untuk mengeksploit potensi strategis yang dimiliki komputer. Hal ini meningkatkan pendanaan pengembangan komputer serta mempercepat kemajuan teknik komputer. Pada tahun 1941, Konrad Zuse, seorang insinyur Jerman membangun sebuah komputer, Z3, untuk mendesain pesawat terbang dan peluru kendali.

Komputer Generasi pertama dikarakteristik dengan fakta bahwa instruksi operasi dibuat secara spesifik untuk suatu tugas tertentu. Setiap komputer memiliki program kode biner yang berbeda yang disebut "bahasa mesin" (machine language). Hal ini menyebabkan komputer sulit untuk diprogram dan membatasi kecepatannya. Ciri lain komputer generasi pertama adalah penggunaan tube vakum (yang membuat komputer pada masa tersebut berukuran sangat besar) dan silinder magnetik untuk penyimpanan data.

- Generasi Kedua

Pada tahun 1948, penemuan transistor sangat mempengaruhi perkembangan komputer. Transistor menggantikan tube vakum di televisi, radio, dan komputer. Akibatnya, ukuran mesin-mesin elektrik berkurang drastis.

Transistor mulai digunakan di dalam komputer mulai pada tahun 1956. Penemuan lain yang berupa pengembangan memori inti-magnetik membantu pengembangan komputer generasi kedua yang lebih kecil, lebih cepat, lebih dapat diandalkan, dan lebih hemat energi dibanding para pendahulunya. Mesin pertama yang memanfaatkan teknologi baru ini adalah superkomputer. IBM membuat superkomputer bernama Stretch, dan Sprery-Rand membuat komputer bernama LARC.

Pada awal 1960-an, mulai bermunculan komputer generasi kedua yang sukses di bidang bisnis, di universitas, dan di pemerintahan. Komputer-komputer generasi kedua ini merupakan komputer yang sepenuhnya menggunakan transistor. Mereka juga memiliki komponen-komponen yang dapat diasosiasikan dengan komputer pada saat ini: printer, penyimpanan dalam disket, memory, sistem operasi, dan program. 

Salah satu contoh penting komputer pada masa ini adalah 1401 yang diterima secara luas di kalangan industri. Pada tahun 1965, hampir seluruh bisnis-bisnis besar menggunakan komputer generasi kedua untuk memprosesinformasi keuangan. Bahasa pemrograman Common Business-Oriented Language (COBOL) dan Formula Translator (FORTRAN) mulai umum digunakan.

- Generasi Ketiga

Walaupun transistor dalam banyak hal mengungguli tube vakum, namun transistor menghasilkan panas yang cukup besar, yang dapat berpotensi merusak bagian-bagian internal komputer. Batu kuarsa (quartz rock) menghilangkan masalah ini. Jack Kilby, seorang insinyur di Texas Instrument, mengembangkan sirkuit terintegrasi (IC : integrated circuit) pada tahun 1958. IC mengkombinasikan tiga komponen elektronik dalam sebuah piringan silikon kecil yang terbuat dari pasir kuarsa. Pada ilmuwan kemudian berhasil memasukkan lebih banyak komponen-komponen ke dalam suatu chip tunggal yang disebut semikonduktor. Hasilnya, komputer menjadi semakin kecil karena komponen-komponen dapat dipadatkan dalam chip. Kemajuan komputer generasi ketiga lainnya adalah penggunaan sistem operasi (operating system) yang memungkinkan mesin untuk menjalankan berbagai program yang berbeda secara serentak dengan sebuah program utama yang memonitor dan mengkoordinasi memori komputer.

- Generasi Keempat

Setelah IC, tujuan pengembangan menjadi lebih jelas: mengecilkan ukuran sirkuit dan komponen-komponen elektrik. Large Scale Integration (LSI) dapat memuat ratusan komponen dalam sebuah chip. Pada tahun 1980-an, Very Large Scale Integration (VLSI) memuat ribuan komponen dalam sebuah chip tunggal.

Ultra-Large Scale Integration (ULSI) meningkatkan jumlah tersebut menjadi jutaan. Kemampuan untuk memasang sedemikian banyak komponen dalam suatu keping yang berukurang setengah keping uang logam mendorong turunnya harga dan ukuran komputer. Hal tersebut juga meningkatkan daya kerja, efisiensi dan keterandalan komputer. Chip Intel 4004 yang dibuat pada tahun 1971membawa kemajuan pada IC dengan meletakkan seluruh komponen dari sebuah komputer (central processing unit, memori, dan kendali input/output) dalam sebuah chip yang sangat kecil. Sebelumnya, IC dibuat untuk mengerjakan suatu tugas tertentu yang spesifik. Sekarang, sebuah mikroprosesor dapat diproduksi dan kemudian diprogram untuk memenuhi seluruh kebutuhan yang diinginkan. Tidak lama kemudian, setiap piranti rumah tangga seperti microwave, oven, televisi, dan mobil dengan electronic fuel injection (EFI) dilengkapi dengan mikroprosesor.

Pada pertengahan tahun 1970-an, perakit komputer menawarkan produk komputer mereka ke masyarakat umum. Komputer-komputer ini, yang disebut minikomputer, dijual dengan paket piranti lunak yang mudah digunakan oleh kalangan awam. Piranti lunak yang paling populer pada saat itu adalah program word processing dan spreadsheet. Pada awal 1980-an, video game seperti Atari 2600 menarik perhatian konsumen pada komputer rumahan yang lebih canggih dan dapat diprogram.

IBM PC bersaing dengan Apple Macintosh dalam memperebutkan pasar komputer. Apple Macintosh menjadi terkenal karena memopulerkan sistem grafis pada komputernya, sementara saingannya masih menggunakan komputer yang berbasis teks. Macintosh juga memopulerkan penggunaan piranti mouse.

Pada masa sekarang, kita mengenal perjalanan IBM compatible dengan pemakaian CPU: IBM PC/486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV (Serial dari CPU buatan Intel). Juga kita kenal AMD k6, Athlon, dsb. Ini semua masuk dalam golongan komputer generasi keempat.

- Generasi Kelima

Mendefinisikan komputer generasi kelima menjadi cukup sulit karena tahap ini masih sangat muda. Contoh imajinatif komputer generasi kelima adalah komputer fiksi HAL9000 dari novel karya Arthur C. Clarke berjudul 2001: Space Odyssey. HAL menampilkan seluruh fungsi yang diinginkan dari sebuah komputer generasi kelima. Dengan kecerdasan buatan (artificial intelligence atau AI), HAL dapat cukup memiliki nalar untuk melakukan percapakan dengan manusia, menggunakan masukan visual, dan belajar dari pengalamannya sendiri.

Banyak kemajuan di bidang desain komputer dan teknologi yang semakin memungkinkan pembuatan komputer generasi kelima. Dua kemajuan rekayasa yang terutama adalah kemampuan pemrosesan paralel, yang akan menggantikan model non Neumann. Model non Neumann akan digantikan dengan sistem yang mampu mengkoordinasikan banyak CPU untuk bekerja secara serempak. Kemajuan lain adalah teknologi superkonduktor yang memungkinkan aliran elektrik tanpa ada hambatan apapun, yang nantinya dapat mempercepat kecepatan informasi.

Jepang adalah negara yang terkenal dalam sosialisasi jargon dan proyek komputer generasi kelima. Lembaga ICOT (Institute for new Computer Technology) juga dibentuk untuk merealisasikannya. Banyak kabar yang menyatakan bahwa proyek ini telah gagal, namun beberapa informasi lain bahwa keberhasilan proyek komputer generasi kelima ini akan membawa perubahan baru paradigma komputerisasi di dunia.