Rangkuman komputasi Modern

 

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).

Di zaman/masa modern saat ini perkembangan teknologi yang begitu cepat, Implementasi Komputasi banyak digunakan untuk berbagai bidang. Seperti : Bidang Fisika, Kimia, Matematika, Ekonomi, Geografi dan Geologi.

Komputasi modern terbagi tiga macam, yaitu komputasi mobile (bergerak), komputasi grid, dan komputasi cloud (awan).

 

Karakteristik komputasi modern ada 3 macam, yaitu : 

• Komputer-komputer penyedia sumber daya bersifat heterogenous karena terdiri dari berbagai jenis perangkat keras, sistem operasi, serta aplikasi yang terpasang.
• Komputer-komputer terhubung ke jaringan yang luas dengan kapasitas bandwidth yang beragam.  
• Komputer maupun jaringan tidak terdedikasi, bisa hidup atau mati sewaktu-waktu tanpa jadwal yang jelas. 

Komputasi Distribusi Dalam Cloud Computing

Komputasi terdistribusi adalah menyatukan kemampuan dari sumber daya (sumber komputasi atau sumber informasi) yang terpisah secara fisik, ke dalam suatu sistem gabungan yang terkoordinasi dengan kapasitas yang jauh melebihi dari kapasitas individual komponen-komponennya.

Cloud Computing (komputasi awan) merupakan gabungan pemanfaatan teknologi komputer (komputasi) dalam suatu jaringan dengan pengembangan berbasis internet (awan) yang mempunyai fungsi untuk menjalankan program atau aplikasi melalui komputer – komputer yang terkoneksi pada waktu yang sama, tetapi tak semua yang terkonekasi melalui internet menggunakan cloud computing.

 

Manfaat Cloud Computing 

 

·         Semua Data Tersimpan di Server Secara Terpusat

 

·         Keamanan Data

 

·         Fleksibilitas dan Skalabilitas yang Tinggi

 

·         Interaksi yang lebih efektif dan efisien

 

·         Akses mudah dan aman

 

Komputer Quantum

Metode dasar dari pemrosesan ini adalah menggunakan ‘Quantum Mechanic’. Sekedar informasi, Quantum Mechanic adalah sebuah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada tataran sistem atom dan subatom. 

Sistem yang mengikuti mekanika kuantum ini dapat berada dalam superposisi kuantum pada keadaan yang berbeda, tidak seperti pada fisika klasik. Ilmu ini memberikan kerangka matematika untuk berbagai cabang fisika dan kimia, termasuk fisika atom, fisika molekular, kimia komputasi, kimia kuantum, fisika partikel, dan fisika nuklir.

Sampai saat ini, dua kegunaan yang paling menjanjikan untuk perangkat komputer kuantum itu adalah untuk melakukan pencarian kuantum dan anjak kuantum. Untuk memahami bagaimana pencarian kuantum bekerja, bayangkan jika Anda mencari nama dan nomor telepon tertentu pada Yellow Pages atau buku telepon dengan cara konvensional. Jika buku telepon tersebut memiliki 10.000 entri, rata-rata Anda perlu melihat sekitar setengah dari jumlah itu, yakni 5.000 entri, sebelum Anda berpotensi menemukan nama dan nomor yang dicari. Algoritma pencarian kuantum hanya perlu menebak 100 kali. Dengan 5.000 tebakan, sebuah komputer kuantum mampu menemukan 25 juta nama pada buku telepon tersebut.

Quantum Gates dan Algoritma Shor

Quantum Logic Gates, Prosedur berikut menunjukkan bagaimana cara untuk membuat sirkuit reversibel yang mensimulasikan dan sirkuit ireversibel sementara untuk membuat penghematan yang besar dalam jumlah ancillae yang digunakan.

·           Pertama mensimulasikan gerbang di babak pertama tingkat.

·         Jauhkan hasil gerbang di tingkat d / 2 secara terpisah.

·         Bersihkan bit ancillae.

·         Gunakan mereka untuk mensimulasikan gerbang di babak kedua tingkat.

·         Setelah menghitung output, membersihkan bit ancillae.

·         Bersihkan hasil tingkat d / 2.

Algoritma Shor, dinamai oleh matematikawan Peter Shor, adalah algoritma kuantum yaitu merupakan suatu algoritma yang berjalan pada komputer kuantum yang berguna untuk faktorisasi bilangan bulat. Algoritma Shor dirumuskan pada tahun 1994.  Inti dari algoritma ini merupakan bagaimana cara menyelesaikan faktorisasi terhadap bilangan integer atau bulat yang besar.

 

Efisiensi algoritma Shor adalah karena efisiensi kuantum Transformasi Fourier, dan modular eksponensial. Jika sebuah komputer kuantum dengan jumlah yang memadai qubit dapat beroperasi tanpa mengalami kebisingan dan fenomena interferensi kuantum lainnya, algoritma Shor dapat digunakan untuk memecahkan kriptografi kunci publik skema seperti banyak digunakan skema RSA. Algoritma Shor terdiri dari dua bagian:

- Penurunan yang bisa dilakukan pada komputer klasik, dari masalah anjak untuk masalah ketertiban -temuan.

- Sebuah algoritma kuantum untuk memecahkan masalah order-temuan.

Parallelism Concept

Komputasi paralel didefinisikan sebagai penggunaan sekumpulan sumberdaya komputer secara simultan untuk menyelesaikan permasalahan komputasi. Secara prinsip komputer paralel membagi permasalahan sehingga menjadi lebih kecil untuk dikerjakan oleh setiap prosesor / CPU dalam waktu yang bersamaan/simultan / concurrent dan prinsip ini disebut paralelisme. Konsep program parallel :

–  Memerintahkan set instruksi (pandangan programmer).

–  File executable (pandangan sistem operasi)

Pada dasarnya, konsep parallel system merupakan suatu bentuk penawaran solusi dari proses computing yang terlalu berat, sehingga dapat dipecah sedemikian hingga tidak memberatkan system kerja komputer itu sendiri

Distributed Processing

Distributed Data Processing System  yang dalam bahasa indonesianya Sistem pengolahan data terdistribusi. Merupakan Sekumpulan komputer yang saling berkoneksi untuk memenuhi kebutuhan pengolahan informasi dari satu entity perusahaan atau organisasi modern. Didukung oleh komputer dan komunikasi, sistem pengolahan data terdistribusi merupakan media pelayanan data.

Architectural Parallel Computer

Arsitektur komputer paralel ada beberapa versi pengertian. Di sini saya akan menjelaskan sedikit tentang arsitektur komputer menurut Flynn. Sesuai taksonomi Flynn, seorang Designer Processor, Organisasi Prosesor dibagi menjadi 4 :

·         SISD

·         SIMD

·         MISD

·         MIMD

THREAD PROGRAMMING

Thread adalah bentuk kecil dari program yang akan dieksekusi oleh processor. Pada sebuahsingle processor multi-threading biasanya terjadi dengan pengaturan waktu pemrosesan thread.Jadi processor berganti-ganti dan membagi waktu untuk menyelesaikan thread tetapi tidak pada paralel computing.

Threading dibagi menjadi 2 :

Static Threading

Teknik ini biasa digunakan untuk komputer dengan chip multiprocessors dan jenis komputer shared-memory lainnya. Teknik ini memungkinkan thread berbagi memori yang tersedia, menggunakan program counter dan mengeksekusi program secara independen.

Dynamic Multithreading

Teknik ini merupakan pengembangan dari teknik sebelumnya yang bertujuan untuk kemudahan karena dengannya programmer tidak harus pusing dengan protokol komunikasi, load balancing, dan kerumitan lain yang ada pada static threading.

MESSAGE PASSING OPENMP

Massage Passing merupkan suatu teknik bagaimana mengatur suatu alur komunikasi messagingterhadap proses pada system. Message passing dalam ilmu komputer adalah suatu bentukkomunikasi yang digunakan dalam komputasi paralel, pemrograman-berorientasi objek , dankomunikasi interprocess. Dalam model ini, proses atau benda dapat mengirim dan menerima pesan yang terdiri dari nol atau lebih byte, struktur data yang kompleks, atau bahkan segmenkode ke proses lainnya dan dapat melakukan sinkronisasi.

KOMPUTASI MODERN M10

 

Perihal : 

Quantum Gates dan Algoritma Shor, Parallelism Concept, Distributed Processing, Architectural Parallel Computer, Pengantar Thread Programming, Pengantar Massage Passing

Quantum Gates

Dalam model sirkuit, ilmuwan komputer menganggap perhitungan apapun setara dengan aksi dari sirkuit yang dibangun dari beberapa jenis gerbang logika Boolean bekerja pada beberapa biner (yaitu, bit string) masukan. Setiap gerbang logika mengubah bit masukan ke dalam satu atau lebih bit keluaran dalam beberapa mode deterministik menurut definisi dari gerbang. dengan menyusun gerbang dalam grafik sedemikian rupa sehingga output dari gerbang awal akan menjadi input gerbang kemudian, ilmuwan komputer dapat membuktikan bahwa setiap perhitungan layak dapat dilakukan.

Quantum Logic Gates, Prosedur berikut menunjukkan bagaimana cara untuk membuat sirkuit reversibel yang mensimulasikan dan sirkuit ireversibel sementara untuk membuat penghematan yang besar dalam jumlah ancillae yang digunakan.

·         Pertama mensimulasikan gerbang di babak pertama tingkat.

·         Jauhkan hasil gerbang di tingkat d / 2 secara terpisah.

·         Bersihkan bit ancillae.

·         Gunakan mereka untuk mensimulasikan gerbang di babak kedua tingkat.

·         Setelah menghitung output, membersihkan bit ancillae.

·         Bersihkan hasil tingkat d / 2.

Sekarang kita telah melihat gerbang reversibel ireversibel klasik dan klasik, memiliki konteks yang lebih baik untuk menghargai fungsi dari gerbang kuantum. Sama seperti setiap perhitungan klasik dapat dipecah menjadi urutan klasik gerbang logika yang bertindak hanya pada bit klasik pada satu waktu, sehingga juga bisa setiap kuantum perhitungan dapat dipecah menjadi urutan gerbang logika kuantum yang bekerja pada hanya beberapa qubit pada suatu waktu.

Perbedaan utama adalah bahwa gerbang logika klasik memanipulasi nilai bit klasik, 0 atau 1, gerbang kuantum dapat sewenang-wenang memanipulasi nilai kuantum multi-partite termasuk superposisi dari komputasi dasar yang juga dilibatkan. Jadi gerbang logika kuantum perhitungannya jauh lebih bervariasi daripada gerbang logika perhitungan klasik.

Algoritma Shor

Algoritma Shor, dinamai oleh matematikawan Peter Shor, adalah algoritma kuantum yaitu merupakan suatu algoritma yang berjalan pada komputer kuantum yang berguna untuk faktorisasi bilangan bulat. Algoritma Shor dirumuskan pada tahun 1994.  Inti dari algoritma ini merupakan bagaimana cara menyelesaikan faktorisasi terhadap bilangan integer atau bulat yang besar.

Efisiensi algoritma Shor adalah karena efisiensi kuantum Transformasi Fourier, dan modular eksponensial. Jika sebuah komputer kuantum dengan jumlah yang memadai qubit dapat beroperasi tanpa mengalami kebisingan dan fenomena interferensi kuantum lainnya, algoritma Shor dapat digunakan untuk memecahkan kriptografi kunci publik skema seperti banyak digunakan skema RSA. Algoritma Shor terdiri dari dua bagian:

- Penurunan yang bisa dilakukan pada komputer klasik, dari masalah anjak untuk masalah ketertiban -temuan.

- Sebuah algoritma kuantum untuk memecahkan masalah order-temuan.

Hambatan runtime dari algoritma Shor adalah kuantum eksponensial modular yang jauh lebih lambat dibandingkan dengan kuantum Transformasi Fourier dan pre-/post-processing klasik. Ada beberapa pendekatan untuk membangun dan mengoptimalkan sirkuit untuk eksponensial modular. Yang paling sederhana dan saat ini yaitu pendekatan paling praktis adalah dengan menggunakan meniru sirkuit aritmatika konvensional dengan gerbang reversibel, dimulai dengan penambah ripple-carry. Sirkuit Reversible biasanya menggunakan nilai pada urutan n ^ 3, gerbang untuk n qubit. Teknik alternatif asimtotik meningkatkan jumlah gerbang dengan menggunakan kuantum transformasi Fourier, tetapi tidak kompetitif dengan kurang dari 600 qubit karena konstanta tinggi.

Algoritma Shor yang paling sederhana adalah menemukan faktor-faktor untuk  bilangan  15,  di mana membutuhkan sebuah komputer kuantum dengan tujuh qubit.  Para  ahli  kimia mendesain dan menciptakan sebuah molekul yang memiliki tujuh putaran nukleus. Nukleus dari lima atom fluorin dan dua atom karbon yang dapat berinteraksi satu dengan yang lain sebagai qubit, dapat diprogram dengan menggunakan denyut-denyut  frekuensi radio dan dapat dideteksi melalui peralatan resonansi  magnetis nuklir (nuclear magnetic resonance, atau NMR) yang mirip dengan yang banyak digunakan di rumah-rumah sakit dan laboratorium-laboratorium kimia.

Parallelism Concept

Komputasi paralel didefinisikan sebagai penggunaan sekumpulan sumberdaya komputer secara simultan untuk menyelesaikan permasalahan komputasi. Secara prinsip komputer paralel membagi permasalahan sehingga menjadi lebih kecil untuk dikerjakan oleh setiap prosesor / CPU dalam waktu yang bersamaan/simultan / concurrent dan prinsip ini disebut paralelisme. Konsep program parallel :

–  Memerintahkan set instruksi (pandangan programmer).

–  File executable (pandangan sistem operasi)

Pada dasarnya, konsep parallel system merupakan suatu bentuk penawaran solusi dari proses computing yang terlalu berat, sehingga dapat dipecah sedemikian hingga tidak memberatkan system kerja komputer itu sendiri

Berdasarkan tingkat paralelismenya prosesor paralel dapat dibagi menjadi beberapa tingkat(level) sebagai berikut :

1. Komputer Array.

2. Prosesor array : beberapa prosesor yang bekerja sama untuk mengolah set instruksi yang sama dan data yang berbeda – beda atau biasa disebut SIMD (Single Instruction-stream Multiple Data)

3. Prosesor vektor : beberapa prosesor yang disusun seperti pipeline.

4. Multiprosesor, yaitu sebuah sistem yang memiliki 2 prosesor atau lebih yang saling berbagi memori.

5. Multikomputer, yaitu sebuah sistem yang memiliki 2 prosesor atau lebih yang masing-masing prosesor memiliki memori sendiri.

Distributed Processing

Distributed Data Processing System  yang dalam bahasa indonesianya Sistem pengolahan data terdistribusi. Merupakan Sekumpulan komputer yang saling berkoneksi untuk memenuhi kebutuhan pengolahan informasi dari satu entity perusahaan atau organisasi modern. Didukung oleh komputer dan komunikasi, sistem pengolahan data terdistribusi merupakan media pelayanan data.

Sistem pengolahan data terdistribusi dalam arti lain yaitu meletakan sumber daya komputer pada tempat dimana  user berada, dimana sumber daya tersebut secara  geografis terpisah dan saling interkoneksi secara on-line atau secara langsung.

Contoh Sistem Pengolahan Data terdistribusi

1.      Internet

Jaringan komputer dan aplikasi yang heterogen.

Mengimplementasikan protokol internet.

2.      Intranet

Jaringan yang teradminitrasi secara lokal.

Terhubung ke internet melalui feriwall.

Menyediakan layanan internet dan eksternal.

3.      Mobile Computing ( Sistem Komunikasi telepon seluler)

Menggunakan frekuensi radio sebagai media transmisi

Perangkat dapat bergerak kemanapun asal masih terjangkau dengan frekuensinya

Dapat menghandle/dihububngkan dengan perangkat lain

4.      Sistem Telepon

ISDN atau yang biasa disebut jaringan telpon tetap (dengan kabel).

PSTN jaringan telepon/telekomunikasi yang semuanya digital.

5.      Network File System (NTFS)

WWW

6.      Arsitektur client server yang diterpakan dalam infrastruktur internet

 

Architectural Parallel Computer

Arsitektur komputer paralel ada beberapa versi pengertian. Di sini saya akan menjelaskan sedikit tentang arsitektur komputer menurut Flynn. Sesuai taksonomi Flynn, seorang Designer Processor, Organisasi Prosesor dibagi menjadi 4 :

SISD

Single Instruction – Single Data. Komputer ini memiliki hanya satu prosesor dan satu instruksi yang dieksekusi secara serial. Komputer ini adalah tipe komputer konvensional. Beberapa contoh komputer yang menggunakan model SISD adalah UNIVAC1, IBM 360, CDC 7600, Cray 1 dan PDP 1.

SIMD

Single Instruction – Multiple Data. Komputer ini memiliki lebih dari satu prosesor, tetapi hanya mengeksekusi satu instruksi secara paralel pada data yang berbeda pada level lock-step. Komputer vektor adalah salah satu komputer paralel yang menggunakan arsitektur ini. 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).

MISD

Multiple Instructions – Single Data. Teorinya komputer ini memiliki satu prosesor dan mengeksekusi beberapa instruksi secara paralel. Sampai saat ini belum ada komputer yang menggunakan model MISD karena sistemnya tidak mudah.

MIMD

Multiple Instructions – Multiple Data. Komputer ini memiliki lebih dari satu prosesor dan mengeksekusi lebih dari satu instruksi secara paralel. Tipe komputer ini yang paling banyak digunakan untuk membangun komputer paralel, bahkan banyak supercomputer yang menerapkan arsitektur ini. Beberapa komputer yang menggunakan model MIMD adalah IBM POWER5, HP/Compaq AlphaServer, Intel IA32, AMD Opteron, Cray XT3 dan IBM BG/L.

Sistem komputer paralel dibedakan dari cara kerja memorinya menjadi shared memory dan distributed memory. Shared memory berarti memori tunggal diakses oleh satu atau lebih prosesor untuk menjalankan instruksi sedangkan distributed memory berarti setiap prosesor memiliki memori sendiri untuk menjalankan instruksi. Komponen-komponen utama dari arsitektur komputer paralel cluster PC antara lain:

·         Prosesor (CPU). Bagian paling penting dalam sistem, untuk multicore terdapat lebih dari satu core yang mengakses sebuah memori (shared memory).

·         Memori. Bagian ini dapat diperinci lagi menjadi beberapa bagian penyusunnya seperti RAM, cache memory dan memori eksternal.

·         Sistem Operasi. Software dasar untuk menjalankan sistem komputer.

·         Cluster Middleware. Antarmuka antara hardware dan software.

·         Programming Environment dan Software Tools. Software yang digunakan untuk pemrograman paralel termasuk software pendukungnya.

·         User Interface. Software yang menjadi perantara hardware dengan user.

·         Aplikasi. Software berisi program permasalahan yang akan diselesaikan.

·         Jaringan. Penghubung satu PC (prosesor) dengan PC yang lain sehingga memungkinkan pemanfaatan sumberdaya secara simultan.

Thread Programming

Thread adalah bentuk kecil dari program yang akan dieksekusi oleh processor. Pada sebuahsingle processor multi-threading biasanya terjadi dengan pengaturan waktu pemrosesan thread.Jadi processor berganti-ganti dan membagi waktu untuk menyelesaikan thread tetapi tidak pada paralel computing. Dengan multi-processor atau multi-core, multi-threading bisa berlangsungsecara bersamaan, maka di situ lah tantangan untuk para programmer agar dapat membuat program yang dapat di proses secara paralel.

Threading dibagi menjadi 2 :

Static Threading

Teknik ini biasa digunakan untuk komputer dengan chip multiprocessors dan jenis komputer shared-memory lainnya. Teknik ini memungkinkan thread berbagi memori yang tersedia, menggunakan program counter dan mengeksekusi program secara independen. Sistem operasi menempatkan satu thread pada prosesor dan menukarnya dengan thread lain yang hendak menggunakan prosesor itu.

Mekanisme ini terhitung lambat karena disebut dengan statis. Selain itu teknik ini tidak mudah diterapkan dan rentan kesalahannya

Dynamic Multithreading

Teknik ini merupakan pengembangan dari teknik sebelumnya yang bertujuan untuk kemudahan karena dengannya programmer tidak harus pusing dengan protokol komunikasi, load balancing, dan kerumitan lain yang ada pada static threading. Concurrency platform ini menyediakan scheduler yang melakukan load balacing secara otomatis. Walaupun platformnya masih dalam pengembangan namun secara umum mendukung dua fitur : nested parallelism dan parallel loops.

Massage Passing

Massage Passing merupkan suatu teknik bagaimana mengatur suatu alur komunikasi messagingterhadap proses pada system. Message passing dalam ilmu komputer adalah suatu bentukkomunikasi yang digunakan dalam komputasi paralel, pemrograman-berorientasi objek , dankomunikasi interprocess. Dalam model ini, proses atau benda dapat mengirim dan menerima pesan yang terdiri dari nol atau lebih byte, struktur data yang kompleks, atau bahkan segmenkode ke proses lainnya dan dapat melakukan sinkronisasi.

Referensi :

https://zarapintar.wordpress.com/2015/06/04/pengantar-quantum-computation/

https://hansentan17.wordpress.com/2018/11/06/distributed-data-processing-system-beserta-contoh-implementasi/

https://fikrinm93.wordpress.com/2016/06/17/242/

https://firlynadia08.wixsite.com/nadiafirly/single-post/2019/06/13/komputasi-parallel-pengantar-thread-programming

https://firlynadia08.wixsite.com/nadiafirly/single-post/2019/06/13/komputasi-parallel-pengantar-thread-programming