Устройство для анализа сейсмических колебаний

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«и 558237

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 13.02.74 (21) 1996с,. О/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.05.77. Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 07.07.77 (51) Y. Кч G 01 V 1/28

Государственный камнтет

Совета Ннннстрое СССР ае делам нзобретеней

II OTKPbfTNI (53) УЛК 550.834.08:

:681.3 (088.8) (2) Авторы нз". боетення

Р. О. Антонов, Д. П. Крась. В. И. Песков, Г. Г. Трищ, й; В. Черкасскнй, Б. И. Швецкий, М. Б. Рапопорт, В. Н. Рыжеаков, Л. А. Рябинкин, П. Г. Гильберштейн, В. В. Алферов, Л. Ш. Юнерман, С. А. Каплан, Э. Б. Лихтеров, С. А. Малинский, Л. А. Рыбаков, В. В. Трояновский и IO. А. Айзман

Львовский ордена Ленина политехнический институт, Московский ордена Трудового Красного Знамени институт нефтехимической и газовом промышленности им. И. М. Губкина, Центральный геофизический трест и Московский завод «Нефтеприбор» (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА СЕЙСМИЧЕСКИХ

КОЛ ЕБАИ ИЙ

Изобретение относи гся к области сейсморазведки и предназначено для решения типовых сейсмических задач: конволюции, декоиволюции, многоканальных систем разделения волн (в том числе разновременное суммирование по МРНП и МОГТ), спектрального анализа и др.

Изве тно устройство для анализа сейсмвтческнх колебаний, содержащее входнЬй и выходной регистры данных, блок управления, перемножитель, выполняющий только одну арифметическую операцию, а адреса входных и выходного массивов формируются последовательно во времени (1).

Это устройство может выполнять только операции конво. юции, кроме того, оно обладает невысоким быстродействием.

Известно устройство, предназначенное для анализа и обработки данных сейсморазведки и содержащее входной и выходной регистры данных, перемножитель, сумматор, регистры адресов, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство и блок управления (2).

Это устройство может выполнять операции конволюции и перемножения массивов, но имеет неоольшое быстродействие и малый круг решаемых задач.

Известно устройство для анализа сейсмических колебаний, содержащее входной и вы5 ходной регистры данных, перемножитель, сумматор, выходной регистр адреса, регистр кода операции, соединенный с блоком управления, регистры начальных адресов массивов и регистры текlщих адресов маciивдв, oхо: ы

10 которых объединены с входами счетчика цик;ов, регистра кода операции, регистра числа операций в цикле и подключены к выходу входного регистра (3).

Известное устройство имеет невысокое бы15 стродействие.

Целью данного изооретения является и".ч -!шение быстродействия обработки данных сейсморазведки.

-Э,цель достигается тем, что в устройство

20 вве„ны. четыре блока регистров магазинного типа, промежуточный регистр, масштабная маска и схема распределителя наращивания, адресов, а регистры нача":ьных и текущих адресов выполнены в виде счетчиков, причем

25 вход первого блока регистров магазинного типа, охваченного петлей обратной связи, сое558237 поименные разряды регистров соединены последовательно): перемно китель 5, промежуточный регистр 6, сумматор 7, блок 8 регистров магазинного типа, масштабную маску 9, выходной регистр 10 данных, регистр-счетчик

11 начальных значений первого адреса, регистр-счетчик 12 начальных значений второго адреса, регистр-счетчик 13 третьего адреса, регистр 14 числа операций в цикле, регисгрсчетчик 15 циклов, регистр 16 кода операции, счетчик 17 текущего значения первото адреса, счетчик 18 текущего значения второго адре са, схему 19 сравнения, выходной регистр 20 адреса, схему 21 распределителя наращивания адресов, сктчик 22 числа операций в цикле н блок 23 уя щвления. динен с выходом входного регистра данных, а его выход связан с одним из входов сумматора и через второй блок регистров магазинного типа с одним из входов перемножителя, другой вход которого подключен к выходу входно:о регистра данных посредством третьего блока регистров магазинного типа, охвачепяого петлей обратной связи, а выход через промежуточный регистр ко второму входу сумматора, вход четвертого блока .регистров магазинного тена подключен к выходу сум-. матора, а его выход через масштабную маску соединен с выходным регистром данных, счетные входы регистров текупжх и начальных, адресов объединены с входом счетчика цик- 15 лов и с выходом схемы распределителя сигналов наращивания адреса, дополнительные входы регистров начальных значений адресов соединены с выходом регистра числа операций в цикле, а выходы регистров начальных 23 адресов связаны через регистры текущих адресов со входом выходного регистра.

На чертеже дана функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит входной регистр 1, 25 блоки 2 — 4 регистров магазинного типа (одУстройство работает следующим. образом

Через входной регистр 1 из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) на вход регистров управления принимается управляющая информация. Размещение этой информации и функциональное назначение отдельных регистров дано в таблице.

М реги. страсчетчика

Процедура свертки

Процедура БПФ

Назначение

Начальный адрес значения (первой группы) Начальный адрес 1-го массива

Начальный адрес значений (второй группы) Начальный адрес 2-го массива

Начальный адрес 3-го массива

Начальный адрес результата

Начальный адрес значений экспонент

Длина оператора-фильтра

Количество операций, выполняемыл с одним значением экспоненты

Регистр количества операций одного цикла

Счетчик числа циклов

Длина фнльтруемого массива

Количество экспонент данной ступени преобразования

Код операций, точность вычислений, маска выходных значений

Характеристика командного слова данных заканчивается и при заполнении блоков 2 и 3 несколькими комплексными числами входной трассы, а блоков 4 парами значений тригонометрических функций (косинуса и синуса), при этом первые значения данных записываются в нижние регистры блоков 3 и 4.

Аналогично в блоки 2 и 3 заносятся при свертке несколько последовательных значений трассы, а в блок 4 — значения оператора.

Выполнение операций вертки производится путем одновременного ычисления несколь50 ких значений выходной трассы. Для простоты рассмотрения работы примем количество регистров в кажд< ч из блоков 2 — 4, равное 4.

Первое значение оператора из блока 4 умножается поочередно на четыре последова65 тельных значения трассы блока 3 (информаЗдесь же в качестве примера приведена де. тализация их назначения в операциях быстрого преобразования Фурье (ГПФ) и свертки.

После приема у правляющей информации начинается процесс заполнения через вход .ой ре-истр 1 блоков 2 — 4 входными данными, вызываемыми из ОЗУ по адресам, считываемым с выходного регистра 20 адреса.

Начальные значения адресов входных массивов пересылаются из регистров-счетчиков 11 и 12 в счетчики 17 и 18, где производится наращивание адресов на единицу. Начальные адреса входных массивов в регистрах-счетчиках 11 и 12 сохраняются. Заполнение входных блоков производится путем последовательной их перезачтиси из регистра в регистр (сверху вниз). При ВПФ процесс приема входных

Начальный адрес значений сфильтруемого массива

Начальный адрес значений оператора-фильтра

Код операций, точность вычислений, маска выходных значений

558237 ция в блоке 2 и 3 при ".см н" передвигается).

Четыре:начения тргс . умноженные в перемножигеле 5 на перв е значение оператора, накапливаются в выходном блоке 8.

Процесс накопления осуществляется следующим образом.

На олин вход сумматора 7 поступают произведения из перемножителя, а на другой его вход подаются сигналы с выхода блока 8, сумма также записывается в блок 8, сдвигая информацию (сверху вниз).

По окончании накопления первых четырех произведений осуществляется сдвиг информации в блоках 2 — 4, в результате чего в нижних регистрах блоков 3 и 4 записываются вторые значения трассы и оператора соответственно.

Снова осуществляются четыре операции умножения накопления (умножается второе значение оператора на четыре последовательных значения трассы из блока 3). Полученные произведения прибавляются к соответствующим значениям частичных сумм нз блока 8, сумма снова заносится в блок 8.

После выполнения шестнадцати операций умножения-сложения блоки 2 н 4 полностью освобождаются, при этом необходимо записать в ннх по четыре последующих значения трассы и оператора, затем выполняются еще шестнадцадь операций умножения-сложения н т. д.

Таким образом, каждая пара входных операндов используется для выполнения нескольких (в данном примере четырех) операций умножения-сложения.

Установленный между перемножителем н сумматором промежуточный регистр 6 разделяет операции умножения н сложения, apsчем обе операции совершаются параллельио во времени, что дополнительно повышает быстродействие всего устройства. Процесс наконления четырех точек результата продолжается до тех пор, пока не будет выбрано нз

ОЗУ заданное число точек оператора, хранимое в регистре 14. В счетчик 22 добавляется единица одновременно с наращиванием адресов в счетчиках 17 и 18. Схема сравнения 19 определяет момент равенства заданного числа операций в цикле (заданное число точек оператора) и числа выбранных значений оператора и выдает импульс конца цикла вычислений.

Начинается цикл выдачи результата. Так как в процессе накопления число разрядов в выходном коде увеличивается, то необходимо провести масштабирование результата, которое осуществляется масштабной маской 9.

Эта маска устанавливается в соответствии е заданием в коде операции таким образом, что в выходной регистр заносятся только нужные разряды накопленных сумм.

Промасштабировгнные таким образом результаты выдаются из устройства. Цикл начинается сначала. Предварительно добавляется единица в регистр-счетчик 11 для смещения начального положения оператора относительно грассы.

После каждой выдачи результата вычитается единица из счетчика 15, где первоначально записывается заданное число циклов. При полном обнуленни счетчика отрабатывается заданное число циклов. (закончена фильтраI. .ê одной трассы), устройство прекращает

pa0oIy н ждет поступления новой команды.

Отличительной особенноетью БПФ по сравнению с выполнением других операций является формирование потока адресов операндов и позтапчый (рекусивный) процесс вычислений.

Вычисление результатов БПФ проводится в несколько этапов. Внутри каждого этапа нроизводнтся наращивание адресов в счетчиках 17 и 18 на единицу. При переходе от одного этапа БПФ к другому необходимо изме20 нять адреса на число, равное 2 ", где m — номер этапа БПФ. В описываемом устройстве такая индексация проводится путем соединения регистра 14, где хранится число 2, ео входами регистров-счетчиков 11 н l2. Так как индексное число представляет собой единицу с нулями, то оно просто добавляется в соответствующий разряд счетчика.

В процессе вычислений БПФ операнды, находящиеся в регистрах блока 3, умножаются поочередно на операнд, хранящийся в нижнем регистре блока 4. Полученные произведения складываются в сумматоре с соответствующими операндами блока 2, выход которого соединен с одним из входов суммаЗ5 тора. Результаты суммирования Последовательно заносятся в регистры блока 8.

Далее производится сдвиг содержимого регистров блока 4 (вниз на одну ступень). Оивраиды блока 3 умножаются поочередно на

40 операнд, сдвинутый в нижний регистр блока

4. Полученные произведения складываются в сумматоре 7 с результатамн предыдущих аы числений, последовательно выдвигаемыми из блока 8. Вновь полученные суммы записыва45 ются в освобождающиеся регистры блока 8.

Эти суммы являются двумя комплекснымн результатами этапа БПФ, которые через маску

9 и регистр 10 выдаются в ОЗУ ЭВМ.

После выдачи первой пары комплексных

50 значений результата вновь повторяется рассмотренный выше цнкя вычислений (е теми же входными операндами). Отличие заключается только в изменении знаков получающихся произведений. При этом в регистрах

55 блока 8 получены два других комплексных значения результата, которые выдаются в

ОЗУ ЭВМ.

Та м образом, в устройстве вычисляются сраз несколько ком пяексных значений рев0 зультата БПФ при одних и тех же входных операндах, что позволяет значительно повысить быстродействие устройства при той же скорости поступления входных данных.

Аналогично пои выполнении других операций, например, комплексного перемножения

55S237

Тираж 722 Подписное

ЦНИИПИ Занаа 252/14 Иад. K 442

Типеграфия, пр. Сапунова, 2 массивов, разновременного суммирования, корреляции, устройство позволяет вычислить несколько значений результатов при однократном считывании из 03У ЭВМ необходимых входных данных.

Формула изобретения

Устройство для анализа сейсмических колебаний, сбдержащее входной и выходной регистры данных, перемножитель, сумматор, выходной регистр адреса, регистр кода операип, соединенный с б.-.с з;I правления, регистры текущих адресов массивов, регистры начальных адресов массивов, входы которых объединены с входами счетчика циклов, регистра кода операции, регистра числа операций в цикле и подключены к выходу входного регистра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия обработки данных сейсморазведки, в него введены четыре блока регистров магазинного типа, промежуточный регистр, масштабная маска и схема распределителя наращивания адресов, причем вход первого блока регистров магазинного типа, охваченного петлей обратной связи, соединен с выходом входного регистра данных, а его выход связан с одним из входов сумматора и через второй блок регистров магазинного типа соединен с одним из входов перемно>кителя, другой вход которого подключен к выходу входного регистра дан.л-.:, ii« ðåдсгвом rper„ro блока регистров и . азинного типа, охваченного петлей обр.твой с ч п а пыхсд через промежуточнь:й рсгнс-рк второму входу сумматора, вход четв<ртого олока регистров i:àràçèííîrî типа подключен к выходу сумматора, а его выход через масштабную маску соединен с выходным регистром данных, счетные входы регистров текуших и начальных адресов объединены с входом счетчика циклов и с вы одом схемы

p.- зредзителя сигналов нарашивания адреса, дополнительные входы регистров начальных значений адресов соединены с выходом

15 регистра числа операций в цикле, а выходы регистров начальных адресов связаны через регистры текущих адресов со входом выходного регистра адреса.

20 Источники информации, принятые во внимание при экспептизе:

1. Крейсберг В. М. и др. «Разработка быстродействующего коррелятора-фильтра КФЦ», отчет, фонды ВНИИГеофизики, 1969.

25 2. Соколинский Е. А и др..<Разработка специализированных устройств ввода-вывода для

ЭВМ М-222», «тчет. фонды ЦГЭ, 1961

3. Гулbìàí М. Б. и др. «Разработка спец.-.роцессора ППМ», отчет по теме 207/7 — 952.

Зп Всесоюзны." геологические фонды, 1971.