Устройство для анализа сейсмических колебаний Советский патент 1977 года по МПК G01V1/30 

(54) УСТРаЯСТВО для АНАЛИЗА СЕЙСМИЧЕСКИХ

КОЛЕБАНИЯ

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 входного регистра данных посредством третьего блока регистров магазинного типа, охвачеиного петлей оо атной связи, а выход через промежуточный регистр ко второму входу сумматора, вход четвертого блока .регистров магазинного ткпа подключен к выходу сумматора, а его выход через масштабную маску соединен с выходным регистром данных, счетные входы регистров текупшх н начальных, адресов объединены с входом счетчика циклов н с выходом схемы распределителя сигналов наращизания адреса, дополнительные входы регистров начальных значений адресов соединены с выходом регистра числа операций в цикле, а выходы регистров начальных адресов связаны через регистры текущих адресов со входом выходного регистра.

На чертеже дана функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит входной регистр 1, блоки 2-4 регистров матазииного типа (од№ региНазначениестрасчетчика

Начальный адрес значения (перНачальный адрес 1-го масвой группц) сива

Начальный адрес 2-го масНачальиый адрес значение (второй группы) сива

Начальный адрес значений экспоНачальный адрес 3-го маснентсива

,

Количество операций, выполняеРегистр количества операций одного цикла мых с одним значением экспоненты

Количество экспонент данной стуСчетчик числа циклов пени преобразования

Код операций, точность вычислений,

Характеристика команДвого маска выходных значений Здесь же в качестве примера приведена детализация их назначения в операциях быстрого преобразования Фурье (ГПФ) и свертки. После приема управляющей информации начинается процесс заполнения через входтой 1 блоков 2-4 входными данными, вызываемыми из ОЗУ по адресам, считызаемым с выходного регистра 20 адреса. Начальные значения адресов входных ма,ссивов 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 н 12 сохраняются. Заполнение входных блоков производится путем последовательной их перезаписи из регистра в регистр (сверху вниз). При БПФ ороцесс приема входных

ноименные разряды регистров соединены последоваге.1ьно); перемнолчитель 5, промежуточный регистр 6, сумматор 7, блок 8 регистров магазинного типа, масштабную маску 9, выходной регистр 10 данных, регистр-счетчик II начальных значений первого адреса, регистр-счетчик 12 начальных значений второго адреса, регистр-счетчик 13 третьего адреса, регистр 14 числа операций в цикле, регистрсчетчик 15 циклов, регистр 16 кода операциу, счетчик 17 текущего значения первого адреса, счетчик 18 текущего значения второго адре са, схему 19 сравнения, выходной регистр 20 адреса, схему 21 распределителя наращивания адресов, счетчик 22 числа операций в цикле и блок 23 уя| шления.

Устройство работает следующи.м 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.

Процедура БПФ

Процедура свертки

Начальный адрес значений сфильтруемого массива

Начальный адрес значений оператора-фильтра

Начальный адрес резу&тата

Длина оператора-фильтра Длина фильтруемого массива

Код операций, точность вычислений, маска выходных значений 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 зертки производится путем одновременного вычисления нескольких значений выходной трассы. Для простоты рассмотрения работы примем количество регистров в кажд м из блоков 2-4, равное 4. Первое значение оператора из блока 4 умножается поочередно на четыре последовательных значення трассы блока 3 (ннформация Б блоке 2 и 3 при гсм н передвигается). Четыре начения трасги, умноженные в перемножигеле 5 на первое значение оператора, накапливаются в выходном блоке 8.

Процесс накопления осуществляется еледующим образом.

На один 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 из блока 8, сумма снова заносится в блок 8.

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

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

Установленный между перемйожителем и сумматором промежуточный регистр 6 разделяет операции умножения и сложения, причем обе операции соверщаются параллельно во времени, что дополнительно повышает быстродействие всего устройства. Процесс накопления четырех точеж результата продолжается до тех пор, пока не будет выбрано из 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 oneратора 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 с заданием в коде операции таким образом, что 8 выходной регистр заносятся только нужные разряды накопленных сумм.

Про.масштабированные таким образом результаты выдаются из устройства. Цикл начинается сначала. Предварительно добавляется единица в регистр-счетчик 11 для смещекия начального положения оператора относительно грасси.

После каждой выдачи результата вычитается единица из счетчика 15, где первоначально записывается заданное число циклов. При полном обнуленнн счетчн-ка отрабатывается заданное число циклов, (закончена фильтраLIH одной трассы), устройство пре1фащаег работу и ждет поступления новой команды.

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

Вычисление результатов БПФ проводится в несколько этапов. Внутри каждого этапа производится наращиваиие адресов в счетчиках 17 и 18 иа единицу. При переходе от одного этапа БПФ к другому иеобходимо иэыеиять адреса яа число, равное 2, где т - но.мер этапа БПФ. В описываемом устройстве такая индексация проводится путем соединения регистра 14, где хранится число 2, сэ входами регистров-счетчиков И и 12. Так как индексное число представляет собой единицу с иулями, 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 из входов сумматора. Результаты суммирования последовательно заносятся в регистры блока 8.

Далее производится сдвиг содержимого регистров блока 4 (вниз иа одиу ступеиь). Он6 ранды блока 3 умножаются поочередно на операнд, сдвинутый в нижний регистр блока 4. Полученные произведения складываются в сумматоре 7 с результатами предыдущих юлчислений, последовательно выдвигаемыми и блока 8. Вновь полученные суммы записываются в освобождающиеся регистры блока 8. Эти суммы являются двумя комплексными результатами этапа БПФ, которые через маску 9 и регистр 10 выдаются в ОЗУ ЭВМ.

После выдачи первой пары комплексных значений результата вновь повторяется рассмотренный выше цикл вычислений (с теми же входными операндами). Отличие заключается только в изменении знаков получающихся произведений. При этом в регистрах бтюка 8 получены два других комплексных значения результата, которые выдаются в ОЗУ ЭВМ.

Та IM образом, в устройстве вычисляются сраз несколько комплексных значений результата БПФ .при одних и тех же входных операндах, что позволяет значительно повысить быстродействие устройства при той же скорости поступления входных данных.

Аналогично при выполнении других операций, например, комллексиого перемножения

массивов, разновременного суммирования, корреляции, устройство позволяет вычислить несколько значений результатов при однократном считывании из ОЗУ ЭВМ необ.чодимых входных данных.

Формула изобретения

Устройство для анализа сейсмических колебаний, сбдержащее входной и выходной регистры данных, леремножитель, сумматор, выходной регистр адреса, регистр кода операция, соединенный с блсчэм правления, регистры текущих адресов массивов, регистры начальных адресоа массивов, входы которых объединены с входами счетчика циклов, регистра кода операций, регистра числа операций в цикле и подключены к выходу входного регистра, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия обработки данных сейсморазведки, в него введены четыре бло-ка регистров магазинного типа, промежуточный регистр, масштабная маска и схема распределителя наращива«ия адресов, причем вход первого блока регистров магазинного типа, охваченного петлей о-братной связи, соединен с выходом входного регистра данных, а его выход связан с одним из входов сумматора и через второй блок регистров магазиндого типа соединен с одним из входов перемножителя, другой вход которого подключен к выходу входного регистра данкьл посредсгБОМ трегпого блока регистров :.игатинного типа, охваченного петлей а сыхсд через промежуточный рстис-р к второму входу сумматора, вход четвертого блока рег1:строБ магазинного типа подключен к выходу сумматора, а его выход через масштабную маску сое чинен с выходным регистром данных, счетные входы регистров текущих и начальных адресов (бъединены с входом счетчика циклов и с выходом схемы ргсчреч лителя сигналов нарашивания адреса, дополнительные входы регистров начальных значений адресов соединены с выходом регистра числа операций в цикле, а выходы регистров начальных адресов связаны через регистры текущих адресов со входом выходного регистра адреса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Крейсберг В. М. и др. «Разработка быстродействуюшего коррелятора-фильтра КФЦ, отчет, фонды ВНИ1-1Геофизики, 1969.

2. Соколииский Е. А и др. ч Разработка специализированных устройств ввода-вывода для ЭВМ М-222, отчет, фонды ЦГЭ, 1961

3. Гуль.ман М. Б. и др. «Разработка спецпроцессора ППМ, отчет по теме 207/7- 1952.

Всесоюзные геологические фонды, 1971.