Устройство для обработки сейсмической информации

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее дешифратор кода групповых операций, регистр обмена, регистр команд, блок памяти, центральный процессор, содержаший блок регистров общего назначения, арифметико-логический блок, регистр команд, генератор импульсов, распределитель импульсов и дешифратор, первая группа входов - выходов данных арифметико-логического блока соединена с группой информационных входов-выходов блока памяти, вторая группа входов-выходов данных арифметико-логического блока соединена с группой входов-выходов блока регистров общего назначения, выход команд арифметикологического блока соединен с входом регистра команд центрального процессора, выход поля кода операции которого соединен с входом регистра команд, выход признаков групповых операций которого соединен с входом дешифратора кода групповых операций, выход которого соединен с первым входом условий блока микропрограммного управления , второй вход условий которого соединен с выходом дешифратора центрального процессора , информационный вход которого соединен с выходом распределителя импульсов, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, стробирующий вход дешифратора центрального процессора соединен с выходом поля управления регистра команд центрального процессора и входом разрешения распределителя импульсов, третья группа входов-выходов арифметико-логического блока соединена с первой группой входов-выходов регистра обмена, вторая группа входов-выходов которого является группой входов-выходов устройства, выход блока микропрограммного управления соединен с управляющим входом операционного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, в него введены четыре блока постоянной памяти , четыре коммутатора бит, счетчик нулей, (Р дешифратор нуля, входной коммутатор слов, СЛ выходной коммутатор слов, блок упаковки, блок разупаковки, дешифратор кода входного формата и дешифратор кода выходного формата, вход которого объединен с входом дешифратора кода входного формата и подключен к выходу кода операции регистра команд, выход данных регистра обмена соединен с входом блока разупаковки, выход которого подключен к информацион05 ным входам первого и второго коммута00 СО О5 торов бит, адресным входам первого и второго блоков постоянной памяти, входу дешифратора нуля и первому информационному входу входного коммутатора слов, СО второй, третий, четвертый и пятый информационные входы которого подключены к выходам первого и второго коммутаторов бит и выходам информационных полей первого и второго блоков постоянной памяти соответственно , выходы управляющих полей которых подключены к управляющим входам первого и второго коммутаторов бит соответственно , выход входного коммутатора слов подключен к входу операционного блока , выход которого соединен с информационными входами третьего и четвертого коммутаторов бит, адресными входами

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gl) 4 G 06 F 15/20 сковщрд

ВА ";;- ч пг-, 1сХп;;- г

MLS

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3752051/24-24 (22) 14.06.84 (46) 23.07.85. Бюл. № 27 (72) М. С. Володин, А. Н. Граве, С. К. Дюкарев, В. Ф. Зубов, В. И. Коробов, А. Г, Можаев, А. Б. Мухамеджанов, В. П. Пильщиков, М. Б. Рапопорт и В. Н. Рыженков (71) Наро-Фоминское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института геофизических методов разведки и Московский институт нефтехимической и газовой промышленности им. И. М. Губкина (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 558234, кл. G 01 V 1/38, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР № 744591, кл. G 06 F 15/20, 1980 (прототип) . (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее дешифратор кода групповых операций, регистр обмена, регистр команд, блок памяти, центральный процессор, содержащий блок регистров общего назначения, арифметико-логический блок, регистр команд, генератор импульсов, распределитель импульсов и дешифратор, первая группа входов — выходов данных арифметико-логического блока соединена с группой информационных входов — выходов блока памяти, вторая группа входов — выходов данных арифметико-логического блока соединена с группой входов — выходов блока регистров общего назначения, выход команд арифметикологического блока соединен с входом регистра команд центрального процессора, выход поля кода операции которого соединен с входом регистра команд, выход признаков групповых операций которого соединен с входом дешифратора кода групповых операций, выход которого соединен с первым входом условий блока микропрограммного управления, второй вход условий которого соединен с выходом дешифратора центрального процессора, информационный вход которого сое„,Я(.1„„1168963 д динен с выходом распределителя импульсов, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, стробирующий вход дешифратора центрального процессора соединен с выходом поля управления регистра команд центрального процессора и входом разрешения распределителя импульсов, третья группа входов — выходов арифметико-логического блока соединена с первой группой входов — выходов регистра обмена, вторая группа входов — выходов которого является группой входов — выходов устройства, выход блока микропрограммного управления соединен с управляющим входом операционного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, в него введены четыре блока постоянной памяти, четыре коммутатора бит, счетчик нулей, Я дешифратор нуля, входной коммутатор слов, выходной коммутатор слов, блок упаковки, блок разупаковки, дешифратор кода входного формата и дешифратор кода выход- С„ ного формата, вход которого объединен с входом дешифратора кода входного формата и подключен к выходу кода операции регистра команд, выход данных регистра об- фа мена соединен с входом блока разупаковки, выход которого подключен к информационным входам первого и второго коммутаторов бит, адресным входам первого и вто- 00 рого блоков постоянной памяти, входу ) дешифратора нуля и первому информационному входу входного коммутатора слов, второй, третий, четвергый и пятый информационные входы которого подключены к выходам первого и второго коммутаторов бит и выходам информационных полей первого и второго блоков постоянной памяти соотf ветственно, выходы управляющих полеи ко- в торых подключены к управляющим входам первого и второго коммутаторов бит соответственно, выход входного коммутатора слов подключен к входу операционного блока, выход которого соединен с информационными входами третьего и четвертого коммутаторов бит, адресными входами

1168963 третьего и четвертого блоков постоянной памяти и первым информационным входом выходного коммутатора слов, второй, третий, четвертый и пятый информационныс входы которого подключены к выходам третьего и четвертого коммутаторов бит и выходам информационных полей третьего и четвертого блоков постоянной памяти, выходы управляющих полей ко" îðûõ подключены к управляющим входам третьего и четвертого коммутаторов бит, выход выходного коммутатора слов соединен с входом блока упаковки, выход которого соединен с информационным входом регистра обмена, управляющий вход выходного коммутатора слов подключен к выходу дешифратора кода выходного формата, выход дешифратора кода входного формата соединен с управляюцгим входом входного коммутатора слов.

2. Устройство по и. 1, отлачающееся тем, что блок микропрограммного управления содержит регистр адреса, узел постоянной памяти микрокоманд и дешифратор микрокоманд, выход которого является выходом блока, первый вход условий которого соеИзобретение относится к вычислительной технике и предназначено для повышения производительности обработки данных сейсморазведки.

Для получения сейсмических разрезов осадочного чехла полевые сейсмические записи подвергают сложной об работке, в ключающей разные типы фильтраций, накапливания сигналов, корреляции искажений, формирования изображений среды, измерения ее параметров. Эта обработка может быть выполнена на универсальных ЭВМ, однако большие объемы информации и промышленный характер обработки обуславлива|от практическую невозможность или нерентабельность такого решения.

Известны устройства — спецпроцессоры, работающие совместно с ЭВМ и обеспечивающие увеличение быстродействия этих

ЭВМ при обработке данных сейсморазведки.

Известно устройство, предназначенное для повышения производительности обработки данных сейсморазведки, содержащее регистры данных, операционный блок, управляющие регистры и блок управления (1).

Основным недостатком этого устройства является невысокое быстродействие при углубленной обработке, когда спецпроцессор используется лишь в небольшой части процедур. динен с первым информационным входом регистра адреса, выход которого соединен с адресным входом узла постоянной памяти микрокоманд, выход старших разрядов которого соединен с входом дешифратора микрокоманд, а выход младших разрядов — с вторым информационным входом регистра адреса, управляющий вход которого является вторым входом условий блока.

3. Устройство по и. 1, от тчающееся тем, что операционный блок содержит группу регистров, сумматор и умножитель, информационный вход — выход которого соединен с первым информационным входом— выходом группы регистров, второй информационный вход — выход которой соединен с информационным входом — выходом сумматора, управляющий вход которого объединен с управляющим входом умножителя и управляюгцим входом группы регистров и подключен к управляющему входу блока, вход и выход которого подключены к информационному выходу и информационному входу группы регистров соответственно.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее центральный процессор, соединенный двусторонними связями с регистром обмена, оперативной памятью и блоком центрального управления, связанным через регистр команд и дешифратор кода групповых операций с блоками управления, и операционный блок, подключенный к регистру обмена 12).

Известное устройство характеризуется недостаточно высокой производительностью при обработке данных сейсморазведки.

Повышение производительности зависит не только (и не столько) от быстродействия спецпроцессора, сколько от его использования в обработке, т. е. от возможности выполнения самых различных, заранее не определяемых сложных процедур обработки.

Среди них, кроме обычных для спецпроцессоров процедур, можно отметить син20 тез Винеровских фильтров, расчет и ввод кинематических поправок, вычисление сейсмических лучей, определение скоростей модели, norлогцения в среде и т. д.

Цель изобретения — повышение производительности и расц|ирение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обработки сейсмической информации, содержащее дешифра1 168963 тор кода групповых операций, регистр обмена, регистр команд, блок памяти, центральный процессор, содержащий блок регистров общего назначения, арифметико-логический блок, регистр команд, генератор импульсов, распределитель импульсов и дешифратор, первая группа входов — выходов данных арифметико-логического блока соединена с группой информационных входов †выходов блока памяти, вторая группа входов— выходов данных арифмети ко-логического блока соединена с группой входов — выходов блока регистров общего назначения, выход команд арифметико-логического блока соединен с входом регистра команд центрального процессора, выход поля кода операции которого соединен с входом регистра команд, выход признаков групповых операций которого соединен с входом дешифратора кода групповых операций, выход которого соединен с первым входом условий блока микропрограммного управления, второй вход условий которого соединен с выходом дешифратора центрального процессора, информационный вход которого соединен с выходом распределителя импульсов, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, стробируюший вход дешифратора центрального процессора соединен с выходом поля управления регистра команд центрального процессора и входом разрешения распределителя импульсов, третья группа входов — выходов арифметико-логического блока соединена с первой группой входов — выходов регистра обмена, вторая группа входов †выход которого является группой входов †выход устройства, выход блока микропрограммного управления соединен с управляющим входом операционного блока, введены четыре блока постоянной памяти, четыре коммутатора бит, счетчик нулей, дешифратор нуля, входной коммутатор слов, выходной коммутатор слов, блок упаковки, блок разупаковки, дешифратор кода входного формата и дешифратора кода выходного формата, вход которого объединен с входом дешифратора кода входного формата и подключен к выходу кода операции регистра команд, выход данных регистра обмена соединен с входом блока разупаковки, выход которого подключен к информационным входам первого и второго коммутаторов бит, адресным входам первого и второго блоков постоянной памяти, входу дешифратора нуля и первому информационному входу входного коммутатора слов, второй, третий, четвертый и пятый информационные входы которого подключены к выходам первого и второго коммутаторов бит и выходам информационных полей первого и второго блоков постоянной памяти соответственно, выходы управляющих полей которых подключены к управляющим входам первого и второго коммутаторов бит соответственно, выход входного коммутатора слов подключен

55 к входу операционного блока, выход которого соединен с информационными входами третьего и четвертого коммутаторов бит, адресными входами третьего и четвертого блоков постоянной памяти и первым информационным входом выходного коммутатора слов, второй, третий, четвертый и пятый информационные входы которого подключены к выходам третьего и четвертого коммутаторов бит и выходам информационных полей третьего и четвертого блоков постоянной памяти, выходы управляюших полей которых подключены к управляющим входам третьего и четвертого коммутаторов бит, выход выходного коммутатора слов соединен с входом блока упаковки, выход которого соединен с информационным входом регистра обмена, управляюший вход выходного коммутатора слов подключен к выходу дешифратора кода выходного формата, выход дешифратора кода входного формата соединен с управляющим входом входного коммутатора слов.

Кроме того, блок микропрограммного управления содержит регистр адреса, узел постоянной памяти микрокоманд и дешифратор микрокоманд, выход которого является выходом блока, первый вход условий которого соединен с первым информационным входом регистра адреса, выход которого соединен с адресным входом узла постоянной памяти микрокоманд, выход старших разрядов которого соединен с входом дешифратора микрокоманд, а выход младших разрядов — с вторым информационным входом регистра адреса, управляющий вход которого является вторым входом условий блока.

Операционный блок содержит группу регистров, сумматор и умножитель, информационный вход — выход которого соединен с первым информационным входом — выходом группы регистров, второй информационный вход — выход которой соединен с информационным входом — выходом сумматора управляющий вход которого объединен с управляющим входом умножителя и управляющим входом группы регистров и подключен к управляющему входу блока, вход и выход которого подключены к информационному выходу и информационному входу группы регистров соответственно.

На фиг. 1 представлено устройство для обработки сейсмической информации; на фиг. 2 — блок упаковки; на фиг. 3 блок разупа ковки; на фиг. 4 — центральный процессор; на фиг. 5 — блок микропрограммного управления; на фиг. 6 операционный блок; на фиг. 7 — блок-схема алгоритма работы устройства.

Устройство содержит блок 1 памяти, центральный процессор 2, вход — выход 3 устройства, регистр 4 обмена, блок 5 разупаковки, блок 6 упаковки, регистр 7 команд, выходной коммутатор 8 слоя, дешифратор

9 кода выходного формата, дешифратор 1О

1168963 кода групповых операций, коммутатор 11 бит, блоки 12 и 13 постоянной памяти, коммутатор 14 бит, счетчик 15 нулей, дешифратор 16 нуля, блок 17 микропрограммного управления, коммутатор 18 бит, блоки

19 и 20 постоянной памяти, коммутатор 21 бит, входной коммутатор 22 слов, дешифратор 23 кода входного формата, операционный блок 24, малоразрядные регистры

25 — 29, элементы И 30 и 31, элемент ИЛИ 32, элементы И 33 — 37, элемент ИЛИ 38, выход 39, блок 40 регистров общего назначения, арифметико-логический блок 41, регистр 42 команд, генератор 43 импульсов, распределитель 44 импульсов, дешифратор

45, регистр 46 адреса, узел 47 постоянной памяти микрокоманд, дешифратор 48 микрокоманд, группа 49 регистров, сумматор 50 и умножитель 51.

В предложенном устройстве учтена специфика обработки данных сейсморазведки, особенно на сложных графах, заключающаяся в том, что при обработке сейсмических данных применяется большое разнообразие форматов данных. Кроме общепринятых форматов данной ЭВМ (фиксированная и плавающая запятая определенной разрядности) применяют форматы меньшей разрядности, упакованные по несколько отсчетов в одно машинное слово, что позволяет экономно использовать оперативную память ЭВМ.

Но в процессе обработки при переходе от одной процедуры к другой постоянно требуется преобразовывать данные из одного формата в другой, на что универсальная

ЭВМ тратит очень много времени. Особенно актуальной эта проблема становится в системе ЭВМ со спецвычислителем, так как потери времени на программное преобразование форматов в ЭВМ становятся недопустимыми. При этом дополнительно появляется задача преобразования форматов с плавающей запятой с разными основаниями порядков (2, 4, 16).

Предложенное устройство позволяет преобразовывать любые форматы, применяемые при обработке данных сейсморазведки, в стандартные форматы ЭВМ и обратно в процессе обмена без потерь времени. Причем дополнительный объем оборудования, введенный в известное устройство, составляет незначительную часть (меньше 5Я) общего объема оборудования, а повышение производительности на отдельных наиболее массовых графах обработки сейсмической информации превышает 200Я.

Устройство функционирует следующим образом.

Рассмотрим работу схемы на примере форматов, применяемых при обработке геофизических данных на ЭВМ БЭСМ-6. Основными форматами являются следующие: 16 бит с фиксированной запятой (ФЗ), уплотненные по три в одно машинное слово

БЭСМ-6 (48 бит); 24 бита с ФЗ, уплот5

55 ненные по два в одно слово БЭСМ-6;

48 бит с плавающей запятой (ПЗ), из них 7 разрядов по основанию 2 и 41 бит мантиссь1.

В качестве формата спецпроцессора возьмем для примера стандартный формат ПЗ

ЕС ЭВМ, содержащий 8 бит порядка по основанию 16 и 24 бита мантиссы.

Коды из ЭВМ поступают через регистр

4 обмена на вход блока 5 разупаковки, предназначенного для поочередного выделения сейсмических слов короткого формата, уплотненных в многоразрядное машинное слово. Если сейсмическое слово представлено с ФЗ, то оно поступает в дешифратор 16 нуля и коммутатор 21, Дешифратор

16 выделяет нули левее первой старшей единицы ненормализованного сейсмического слова. Количество таких нулей подсчитывается счетчиком 15 нулей, параллельный код с которого поступает на адресные входы блока 20. В этом блоке записаны порядки в формате спецпроцессора (определенному количеству нулей ненормализации соответствует определенный порядок) и коды нормализации, поступающие в качестве параметра на управляющие входы коммутатора 21, определяя на сколько разрядов необходимо сдвинуть код, чтобы получить нормализованную мантиссу.

Сигналы с выходов блока 20 и коммутатора 21 представляют собой нормализованное число с ПЗ в формате спецпроцессора.

Это число через коммутатор 22 поступает в операционный блок 24 спецпроцессора.

При преобразовании формата с ПЗ по одному основанию (например, 2) в число с ПЗ по другому основанию (например, 16) используются коммутатор 18 и блок 19. При этом порядок входного формата и старшие три разряда мантиссы поступают на адресный вход блока 19, сигналы с выхода которого управляют сдвигами мантиссы в коммутаторе 18. С помощью этих сдвигов учитывается разница между основаниями входного и выходного форматов. Обратные преобразования из формата спецпроцессора в формат ЭВМ осуществляется коммутатором

11 и блоком 12 при преобразовании формата с ФЗ в формат с ПЗ или коммутатором 14 и блоком 13 при преобразовании формата с ПЗ в формат с ФЗ. Преобразованные данные через выходной коммутатор

8 поступают в блок 6 упаковки.

Малоразрядные сейсмические слова поочередно записываются в регистры 25 — 27 при упаковке по три или в регистры 28 и

29 при упаковке по два в одно многоразрядное машинное слово, считываемое параллельно через элементы И 30 или 31 и

ИЛИ 32 в регистр 4 обмена. Параллельные многоразрядные коды с выхода регистра обмена 4 разуплотняются с помощью элементов И 33 — 35 при упаковке по три или элементов И 36 и 37 при упаковке

1168963 по два и элементов ИЛИ 38 в малоразрядные сейсмические слова.

Все указанные преобразования форматов выполняются в темпе обмена данными между ЭВМ и спецпроцессором без потерь времени. Входные и выходные форматы являются взаимонезависимыми и задаются кодами форматов в регистре команд. Управление коммутаторами 8 и 22 осуществляется от дешифраторов 9 и 23.

Алгоритм работы устройства рассмотрим на примере выполнения операции быстрого преобразования Фурье (БПФ). Операционный блок 24 выполняет операции внутреннего цикла преобразования — вычисление

«бабочек» БПФ.

Входные данные и коэффициенты преобразования поступают из блока 1 группами.

Количество слов в группе зависит от объема регистровой памяти группы 49 регистров и .определяет количество выполняемых «бабочек» БПФ, входящих в одну групповую операцию. Результаты поступают в блок 1 также группами. Пусть, например, все данные хранятся в блоке 1 в формате 16 бит с

ФЗ, уплотненные по три в одно машинное слово (48 бит) . Перед передачей каждой группы слов из центрального процессора 2 в регистр 7 команд поступает команда ввода данных с указанием формата ввода, которая после дешифрации в дещифраторе 23 кода входного формата разрешает поступление через коммутатор 22 в операционный блок

24 данных с выходов блоков, осуществляющих преобразование форматов из ФЗ. Входные слова, поступающие из блока 1 через центральный процессор 2 и регистр 4 обмена, подвергаются разуплотнению в блоке

5 разупаковки. Далее они преобразуются из формата 16 бит с ФЗ в формат операционного блока 24 и через коммутатор 22 поступают в операционный блок 24. После приема очередной группы входных данных и группы коэффициентов преобразования из центрального процессора 2 подается команда

10 групповой операции в регистр 7 команд, далее поступающая через дешифратор 10 кода групповых операций в блок 17, тем самым инициируя выполнение указанной групповой операции в операционном блоке 24.

После завершения вычислений из централь1 ного процессора 2 в регистр 7 команд подается команда вывода данных с указанием формата вывода. Сигналы с выхода дешифратора кода выходного формата 9 разрешают прохождение через коммутатор 8 данных с 0 выходов преобразователя в ФЗ. Данные из операционного блока 24 поступают на блок

13 и коммутатор 14, где преобразуются в формат ФЗ, и далее через коммутатор 8 в блок 6, где происходит их уплотнение по три в одно машинное слово. Через регистр

25 4 обмена и центральный процессор 2 данные поступают в блок 1.

Предлагаемое устройство обеспечивает повышение производительности обработки сейсмических данных по сравнению с известным путем расширения его функциональных 0 возможностей по преобразованию форматов данных.

1 168963

1168963 ч иг.7

Редактор А. Козориз

Заказ 4615/43

Составитель П. Чнстобородов

Техред И. Всрес Корректор Е. Рошко

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, r. Ужгород, ул. Проектная, 4