BIO INFORMARTIKA

Sebelum membahas Bioinformatika, tentunya kita harus terlebih dahulu mengetahui arti Bioinformatika itu sendiri. Apa itu Bioinformatika ? Bioinformatika 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.

Sejarah

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.

Kemajuan teknik biologi molekular dalam mengungkap sekuens biologis dari protein (sejak awal 1950-an) dan asam nukleat (sejak 1960-an) mengawali perkembangan basis data dan teknik analisis sekuens biologis. Basis data sekuens protein mulai dikembangkan pada tahun 1960-an di Amerika Serikat, sementara basis data sekuens DNA dikembangkan pada akhir 1970-an di Amerika Serikat dan Jerman (pada European Molecular Biology Laboratory, Laboratorium Biologi Molekular Eropa). Penemuan teknik sekuensing DNA yang lebih cepat pada pertengahan 1970-an menjadi landasan terjadinya ledakan jumlah sekuens DNA yang berhasil diungkapkan pada 1980-an dan 1990-an, menjadi salah satu pembuka jalan bagi proyek-proyek pengungkapan genom, meningkatkan kebutuhan akan pengelolaan dan analisis sekuens, dan pada akhirnya menyebabkan lahirnya bioinformatika.

Perkembangan Internet juga mendukung berkembangnya bioinformatika. Basis data bioinformatika yang terhubung melalui Internet memudahkan ilmuwan mengumpulkan hasil sekuensing ke dalam basis data tersebut maupun memperoleh sekuens biologis sebagai bahan analisis. Selain itu, penyebaran program-program aplikasi bioinformatika melalui Internet memudahkan ilmuwan mengakses program-program tersebut dan kemudian memudahkan pengembangannya.

Bidang-bidang yang terkait dengan BioInformatika

1. 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.

2. Informatika Medis

Sebagai pembelajaran, penemuan, dan implementasi dari struktur dan algoritma untuk meningkatkan komunikasi, pengertian, dan manajemen informasi medis

3.Komputasional Biologi

Bidang ini fokus pada Computational Biology adalah gerak evolusi, populasi, dan biologi teoritis daripada biomedis dalam molekul dan sel.

4. Proteomics

Bidang ini menggunakan bioinformatika untuk menyelidiki protein yang tersusun oleh genomika 

5.Biofisika

Merupakan sebuah bidang berdasarkan teknik-teknik dari ilmu fisika untuk memahami struktur dan ilmu biologi. Ilmu ini terkait dengan bioinformatika karena untuk mengenal teknik-teknik dari ilmu fisika untuk memahami struktur tersebut membutuhkan penggunaan TI.

Bioinformatika di Indonesia

Saat ini mata ajaran bioinformatika maupun mata ajaran dengan muatan bioinformatika sudah diajarkan di beberapa perguruan tinggi di Indonesia. Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati ITB menawarkan mata kuliah "Pengantar Bioinformatika" untuk program Sarjana dan mata kuliah "Bioinformatika" untuk program Pascasarjana. Fakultas Teknobiologi Universitas Atma Jaya, Jakarta menawarkan mata kuliah "Pengantar Bioinformatika". Mata kuliah "Bioinformatika" diajarkan pada Program Pascasarjana Kimia Fakultas MIPA Universitas Indonesia (UI), Jakarta. Mata kuliah "Proteomik dan Bioinformatika" termasuk dalam kurikulum program S3 bioteknologi Universitas Gadjah Mada (UGM), Yogyakarta. Materi bioinformatika termasuk di dalam silabus beberapa mata kuliah untuk program sarjana maupun pascasarjana biokimia,biologi, dan bioteknologi pada Institut Pertanian Bogor (IPB). Selain itu, riset-riset yang mengarah pada bioinformatika juga telah dilaksanakan oleh mahasiswa program S1 Ilmu Komputer maupun program pascasarjana biologi serta bioteknologi IPB.

Riset bioinformatika protein dilaksanakan sebagai bagian dari aktivitas riset rekayasa protein pada Laboratorium Rekayasa Protein, Pusat Penelitian Bioteknologi Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI), Cibinong, Bogor. Lembaga Biologi Molekul Eijkman, Jakarta, secara khusus memiliki laboratorium bioinformatika sebagai fasilitas penunjang kegiatan risetnya. Selain itu, basis data sekuens DNA mikroorganisme asli Indonesia sedang dikembangkan di UI.

Kesimpulan :

Bioinformatika adalah teknologi pengumpulan, penyimpanan, analisis, interpretasi, penyebaran dan aplikasi dari data-data biologi molekul. Perangkat utama Bioinformatika adalah software dan didukung oleh kesediaan internet dan server World Wide Web (WWW). Dengan Bioinformatika, data-data yang dihasilkan dari proyek genom dapat disimpan dengan teratur dalam waktu yang singkat dengan tingkat akurasi yang tinggi serta sekaligus dianalisa dengan program-program yang dibuat untuk tujuan tertentu. Sebaliknya Bioinformatika juga mempercepat penyelesaian proyek genom karena Bioinformatika memberikan program-program yang diperlukan untuk proses pembacaan genom ini. Dalam dunia kedokteran, keberhasilan proyek genom ini membuka kemungkinan luas untuk menangani berbagai penyakit genetik serta memprediksi resiko terkena penyakit genetik. Juga dapat digunakan untuk mengetahui respon tubuh terhadap obat  sehingga efektivitas pengobatan bisa ditingkatkan. Karena Bioinformatika merupakan suatu bidang interdisipliner, maka Bioinformatika juga tidak bisa berdiri sendiri dan harus didukung oleh disiplin ilmu lain yang mengakibatkan saling bantu dan saling menunjang sehingga bermanfaat untuk kepentingan manusia. Bidang yang terkait dengan Bioinformatika diantaranya adalah Biophysics, Computational Biology, Medical Informatics, Cheminformatics, Genomics,  Mathematical Biology, Proteomics, Pharmacogenomics. Meskipun merupakan kajian yang masih baru, Indonesia telah berperan aktif dalam mengembangkan Bioinformatika ini. Ada sejumlah pakar yang telah mengikuti perkembangan Bioinformatika ini, antara lain para peneliti dalam Lembaga Biologi Molekul Eijkman.

Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Bioinformatika
http://akasharecord.blogspot.com/2012/06/bioinformatika-dan-bidang-yang-terkait.html

Komputasi dan Parallel Processing

A. Komputasi

Komputasi merupakan cara untuk menemukan pemecahan masalah dari data input dengan menggunakan suatu algoritma. Kemudian teori komputasi adalah suatu sub-bidang dari ilmu komputer dan matematika. Selama ribuan tahun, perhitungan dan komputasi umumnya dilakukan dengan menggunakan pena dan kertas atau kapur dan batu tulis, atau dikerjakan secara mental, kadang-kadang dengan bantuan suatu tabel.Pada zaman sekarang ini, komputasi dilakukan dengan cara menggunakan komputer. Komputasi yang menggunakan komputer inilah maka disebut dengan Komputasi Modern.

Perhitungan komputasi modern yaitu:

·         Akurasi (bit, floating point)

·         Kecepatan (dalam satuanHz)

·         Problem volume besar (paralel)

·         Modeling (NN dan GA)

·         Kompleksitas (menggunakan Teori Bog O)

Umumnya, ilmu komputasi merupakan bidang ilmu yang mempunyai perhatian pada penyusunan model matematika dan teknik penyelesaian numerik serta penggunaan komputer untuk menganalisis dan memecahkan masalah-masalah ilmu (sains). 

Dengan cara sederhana, 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.

Ilmu komputasi berbeda dengan ilmu komputer. 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 yang bersangkutan.

B. Parallel Processing pada Komputer

1. Pemrosesan Parallel (Parallel Processing)

Penggunaan lebih dari satu CPU atau inti prosesor secara simultan untuk mengeksekusi sebuah program atau banyak program dengan komputasi ganda. Idealnya, parallel processing membuat program berjalan lebih cepat karena ada mesin yang lebih (CPU atau core) menjalankannya.

Dalam praktek pararel processing, seringkali sulit membagi program sedemikian rupa sehingga terpisah atau CPU core dapat mengeksekusi bagian yang berbeda tanpa mengganggu satu sama lain. Sebagian besar komputer hanya memiliki satu CPU, tetapi beberapa model memiliki beberapa chip prosesor, dan multi-core menjadi norma. Bahkan ada komputer dengan ribuan CPU.

Dengan single-CPU, single core komputer, adalah mungkin untuk melakukan proses pengolahan paralel dengan menghubungkan komputer dalam jaringan. Namun, jenis pemrosesan paralel membutuhkan perangkat lunak yang sangat canggih yang disebut perangkat lunak pengolah didistribusikan.

Perhatikan bahwa paralelisme berbeda dari konkurensi. Concurrency adalah istilah yang digunakan dalam sistem operasi dan database masyarakat yang mengacu pada milik suatu sistem di mana banyak tugas tetap aktif secara logis dan membuat kemajuan pada saat yang sama dengan interleaving urutan pelaksanaan tugas dan dengan demikian menciptakan ilusi sekaligus melaksanakan instruksi. Paralelisme, di sisi lain, adalah istilah yang biasanya digunakan oleh komunitas superkomputer untuk menggambarkan eksekusi yang secara fisik mengeksekusi secara bersamaan dengan tujuan untuk memecahkan masalah dalam waktu yang lebih atau pemecahan masalah yang lebih besar dalam waktu yang sama . Paralelisme mengeksploitasi konkurensi.

2. Komputasi Paralel

Salah satu teknik untuk melakukan komputasi secara bersamaan dengan memanfaatkan beberapa komputer secara bersamaan. Biasanya diperlukan saat kapasitas yang diperlukan sangat besar, baik karena harus mengolah data dalam jumlah besar ataupun karena tuntutan proses komputasi yang banyak. Untuk melakukan aneka jenis komputasi paralel ini diperlukan infrastruktur mesin paralel yang terdiri dari banyak komputer yang dihubungkan dengan jaringan dan mampu bekerja secara paralel untuk menyelesaikan satu masalah. Untuk itu diperlukan aneka perangkat lunak pendukung yang biasa disebut sebagai middleware yang berperan untuk mengatur distribusi pekerjaan antar node dalam satu mesin paralel. Selanjutnya pemakai harus membuat pemrograman paralel untuk merealisasikan komputasi. 

Komputasi Paralel merupakan salah satu teknologi paling menarik sejak ditemukannya komputer pada tahun 1940-an. Terobosan dalam pemorosesan parallel selalu berkembang dan mendapatkan tempat disamping teknologi-teknologi lainnya sejak Era Kebangkitan (1950-an), Era Mainframe (1960-an), Era Minis (1970-an), Era PC (1980-an), dan Era Komputer Paralel (1990-an). Dengan berbagai pengaruh atas perkembangan teknologi lainnya, dan bagaimana teknologi ini mengubah persepsi terhadap komputer, dapat dimengerti betapa pentingnya komputasi parallel itu.

Inti dari komputasi parallel yaitu hardware, software, dan aplikasinya. Paralel prosesing merupakan suatu pemrosesan informasi yang lebih mendekatkan pada manipulasi rata-rata dari elemen data terhadap satu atau lebih penyelesaian proses dari sebuah masalah. Dengan kata lain komputasi parallel adalah komputer dengan banyak processor dapat melakukan parallel processing dengan cara membagi-bagi proses ke source-source yang dimiliki.

3. Pemrograman Paralel

Pemrograman Paralel adalah teknik  pemrograman komputer  yang memungkinkan eksekusi perintah / operasi secara bersamaan baik dalam komputer dengan satu (prosesor tunggal) ataupun banyak (prosesor ganda dengan mesin paralel) CPU. Tujuan utama dari pemrograman paraleladalah untuk meningkatkan performa komputasi. Semakin banyak hal yang bisa dilakukan secara bersamaan (dalam waktu yang sama), semakin banyak pekerjaan yang bisa diselesaikan.Komputasi paralel membutuhkan:· algoritma· bahasa pemrograman· compiler Sebagai besar komputer hanya mempunyai satu CPU, namun ada yang mempunyai lebih dari satu.

Aristektur Komputer Parallel terdiri dari:

1.      Komputer SISD (Single Instruction stream-Single Data stream)

2.      Komputer SIMD (Single Instruction stream-Multiple Data stream)

3.      Komputer MISD (Multiple Instruction stream-Single Data stream)

4.      MIMD (Multiple Instruction stream-Multiple Data stream)

            Paradigma pemrosesan parallel bergantung pada nomor 2 dan 4. Model SIMD (single instruction multiple data) menggunakan banyak processor dengan instruksi yang sama, namun setiap processor mengolah data yang berbeda. Sebagai contoh kita ingin mencari angka 27 pada deretan angka yang terdiri dari 100 angka, dan kita menggunakan 5 processor. Pada setiap processor kita menggunakan algoritma atau perintah yang sama, namun data yang diproses berbeda. Misalnya processor 1 mengolah data dari deretan / urutan pertama hingga urutan ke 20, processor 2 mengolah data dari urutan 21 sampai urutan 40, begitu pun untuk processor-processor yang lain. 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).

            paradigma functional dataflow yang memperkenalkan konsep model MIMD (Multiple Instrution Multiple Data) menggunakan banyak processor dengan setiap processor memiliki instruksi yang berbeda dan mengolah data yang berbeda. Namun banyak komputer yang menggunakan model MIMD juga memasukkan komponen untuk model SIMD. Beberapa komputer yang menggunakan model MIMD adalah IBM POWER5, HP/Compaq AlphaServer, Intel IA32, AMD Opteron, Cray XT3 dan IBM BG/L. 

            Suatu program parallel memerlukan koordinasi ketika sebuah tugas bergantung pada tugas lainnya. Ada dua macam bentuk koordinasi pada komputer parallel :

- Asynchronous.

Bentuk synchronous merupakan koordinasi pada hardware yang memaksa semua tugas agar dilaksanakan pada waktu yang bersamaan dengan mengesampingkan adanya ketergantungan tugas yang satu dengan yang lainnya.

- Synchronous.

Sementara bentuk asynchronous mengandalkan mekanisme pengunci untuk mengkoordinasikan processor tanpa harus berjalan bersamaan.

C. Hubungan antara Komputasi Modern dan Parallel Processing

Pemrosesan paralel juga disebut komputasi paralel. Dalam upaya lebih murah pengolahan komputasi paralel menyediakan alternatif pilihan yang layak. Waktu idle siklus prosesor di seluruh jaringan dapat digunakan secara efektif oleh perangkat lunak komputasi terdistribusi yang canggih. Pengolahan paralel istilah digunakan untuk mewakili kelas besar teknik yang digunakan untuk memberikan tugas pengolahan simultan data untuk tujuan meningkatkan kecepatan komputasi dari sistem komputer.

Komentar

Menurut saya dengan adanya penggunaan parallel processing pada komputasi dapat membuat waktu yang dibutuhkan untuk pemrosesan menjadi lebih cepat serta dalam penyelesaian suatu masalah yang rumit pun akan mendapatkan solusi dengan waktu yang lebih cepat, karena penggunaan pemrosesan parallel ini.

Sumber : http://rudyafriadi.blogspot.com/2013/06/komputasi-dan-paralel-processing.html