Устройство для обработки сейсмической информации Советский патент 1985 года по МПК G06F17/00 G06F169/00 

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 управляющих 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, управляющий вход выходного коммутатора слов подключен к выходу дещифратора кода выходного формата, выход дец ифратора кода входного формата соединен с управлиюпхим входом входного коммутатора слов.

2. Устройство по п. , отличающееся тем, что 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.

3. Устройство по п. 1, отличающееся 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 управляющим входом группы регистров и подключен к управляющему входу блока, вход и выход которого подключены к информационному выходу и информационному входу группы регистров соответственно.

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

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для повышения производительности обработки данных сейсморазведки.

Для получения сейсмических разрезов осадочногй чехла полевые сейсмические записи подвергают сложной обработке, включающей 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 обуславливают 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 липш в небольшой части процедур.

Наиболее близким по технической сущности к предла1аемому 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 2.

Известное устройство характеризуется недостаточно высокой производительностью при обработке данных сейсморазведки. Повышение производительности зависит не только (и не столько) от быстродейст5 ВИЯ 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 синтез Винеровских фильтров, расчет и ввод кинематических поправок, вычисление сейсмических лучей, определение скоростей модели, поглощения в среде и т. д.

Цель изобретения - повышение производительности и расширение функциональных

возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем. что в 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 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 дещифратора кода групповых операций, выход которого соединен с первым входом условий блока микропрограммного управления, второй вход условий которого соединен с выходом дещифратора центрального процессора, информационный вход которого соединен с выходом распределителя импульсов, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, стробирующий вход дещифратора центрального процессора соединен с выходом поля управления регистра команд центрального процессора и входом разрещения 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, 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 дещифратора 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 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 управляющих 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, управляющий 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 разупаковки; 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 10

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 5%) общего объема оборудования, а повышение производительности на отдельных наиболее массовых графах обработки сейсмической информации превышает 200%.

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, уплотненные по два в одно слово БЭСМ-6; 48 бит с плавающей запятой (ПЗ), из них 7 разрядов по основанию 2 и 41 бит мантиссы.

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

Q 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

0 блока 20. В этом блоке записаны порядки в формате спецпроцессора (определенному количеству нулей ненормализации соответствует определенный порядок) и коды нормализации, поступающие в качестве параметра

5 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 старщие 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 мащинное слово, считываемое параллельно через элементы И 30 или 31 и ИЛИ 32 в регистр 4 обмена. Параллельные

5 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

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 (48бит). 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 дешифраторе 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

0 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 центрального процессора 2 в регистр 7 команд подается команда вывода данных с указанием формата вывода. Сигналы с выхода дещифратора кода выходного формата 9 разрешают прохождение через коммутатор 8 данных с

Q 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

5 4 обмена и центральный процессор 2 данные поступают в блок 1.

Предлагаемое устройство обеспечивает повышение производительности обработки сейсмических данных по сравнению с известным путем расщирения его функциональных

возможностей по преобразованию форматов данных.

1 Zff I

J

J5

30

57

n

-34

J6

57

Фиг. 5

Фиг. 6

Приём слова ЭВМ & регистр обмена

Считывание результатов из регистров опероцчонного 5лока

Выделение сейсмического см8а коммутатором раз- упакобки

Ленормашзапия

Приведение К шестнади,атиричному оснобанию

Запись слова в регистры Операционного блока

Арисрметическая aSpaSomKO

Упакобка сейсмических слаб шинное слабо

Выдача сформиройанного машинного слаба в регистр о5мена