Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Методика моделирования волновых полей в неоднородных средах на основе численного решения прямой динамической задачи сейсморазведки Жукова Татьяна Михайловна

Методика моделирования волновых полей в неоднородных средах на основе численного решения прямой динамической задачи сейсморазведки
<
Методика моделирования волновых полей в неоднородных средах на основе численного решения прямой динамической задачи сейсморазведки Методика моделирования волновых полей в неоднородных средах на основе численного решения прямой динамической задачи сейсморазведки Методика моделирования волновых полей в неоднородных средах на основе численного решения прямой динамической задачи сейсморазведки Методика моделирования волновых полей в неоднородных средах на основе численного решения прямой динамической задачи сейсморазведки Методика моделирования волновых полей в неоднородных средах на основе численного решения прямой динамической задачи сейсморазведки Методика моделирования волновых полей в неоднородных средах на основе численного решения прямой динамической задачи сейсморазведки Методика моделирования волновых полей в неоднородных средах на основе численного решения прямой динамической задачи сейсморазведки
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Жукова Татьяна Михайловна. Методика моделирования волновых полей в неоднородных средах на основе численного решения прямой динамической задачи сейсморазведки : ил РГБ ОД 61:85-5/1726

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Основные методы рнпения прямых динамических задач сейшоразведеш. проблемы их реализации и ограничения применимости 11

1.1. Физическое моделирование 11

1.2. Математическое моделирование . 15

1.2.1. Лучевые методы 15.

1.2.2. Методы расчета волн в тонкослоистых средах 20

1.2.3. Численные методы решения динамических задач теории упругости 25

Глава 2. Анализ алгоритмов численного решения динамических уравнений теории вязк0-жругости 32

2.1. Алгоритм численного решения динамической задачи теории вязко-упругости (поглощение Максвелла). Исследование устойчивости и сходимости 32

2.2. Алгоритм численного решения динамической задачи теории вязко-упругости (поглощение Максвелла-Кельвина-Фохта). Исследование устойчивости и сходимости 49

2.3. Анализ устойчивости разностной схемы для эквивалентной формы записи уравнений (поглощение Максвелла), учитывающих первые производные параметров по пространственным переменным 56

Глава 3. Построение поглощающих граничных условий для численного решения динамических задач теории вязко-упругости 68

3.1. Постановка задачи 68

3.2. Поглощающие граничные условия длшодели Максвелла 73

3.3. Поглощающие граничные условия для модели Максвелла-Кельвина-Фохта 87

Глава 4. Применение многопроцессорных дш для решения прямых динамических задач сейсморазведки 97

4.1. Способ реализации последовательных алгоритмов моделирования сейсмических олновых полей на [многопроцессорной ЭШМ-10 97

4.2. Сравнительный анализ применимости многопроцессорных ЭВМ с различной архитектурой для решения прямых динамических задач сейсморазведки 113

Глава 5. Анализ результатов моделирования сейсмических волновых полей в неоднородных срвдах 125

5.1. Волновые поля во внутренних точках простых моделей сред 125

5.2. Модельные сейсмограммы, полученные на свободной поверхности сред простой структуры 140

5.3. Результаты моделирования волновых полей в сложных неоднородных средах для различных методов сейсмических наблюдений 159

Заключение 179

Список литературы 181

Введение к работе

Решение важнейших социально-экономических задач нашей страны, поставленных ХХУІ съездом и последующими пленумами ЦК КПСС, связано с успешным развитием топливно-энергетического комплекса, что во многом определяется увеличением темпов роста добычи нефти и газа. Это требует повышения эффективности всего комплекса геологоразведочных работ, особенно при увеличении глубинности исследований и разведке районов сложного геологического строения.

За последние годы более 90$ прироста запасов нефти и газа было получено на площадях, подготовленных к бурению основным методом геофизических исследований - сейсморазведкой. Геологическая эффективность сейсморазведки постоянно увеличивается, вместе с тем возрастают и трудности решения практических задач. Они связаны с необходимостью повышения детальности и точности исследований, изучением сложно-построенных структур земной коры на этапах поиска и подготовки к бурению, а также с проблемами прогнозирования геологических разрезов.

Для повышения эффективности сейсморазведки необходимо совершенствование как средств проведения полевых наблюдений, так и способов обработки полученных материалов.

Успешное решение рассматриваемых задач в значительной мере зависит от дальнейшего развития методов моделирования сейсмических волновых полей в неоднородных средах.

Большой вклад в развитие теории сейсмических исследований внесли работы А.С.Алексеева, В.М.Бабича, И.С.Берзон, Л.М.Бре-ховских, Е.И.Гальперина, Г.А.Гамбурцева, И.И.І урвича, А.М.Епи-натьевой, Г.И.Петрашеня, Н.Н.Бузырева, Ю.В.Ризниченко, Л.А.Рябинкина, Е.Ф.Саваренекого и др.

Основными средствами, используемыми для изучения процессов распространения сейсмических волн в средах, являются физическое и математическое моделирование.

При физическом моделировании важным является вопрос корректности проведения эксперимента. Обычно полностью удовлетворить критериям подобия не удается, что чаще всего связано с трудностями выбора материала для модели. Методом физического (ультразвукового) моделирования в условиях достаточного подобия моделей реальным средам решен широкий круг задач: изучена динамика волн различных типов, исследованы волны, возникащие на шероховатых границах, явления дифракции, анизотропии скоростей (Ризниченко Ю.В., 1951; йвакин Б.Н., 1969; Рогоза О.И., 1961; Рябинкин 1.А., I960, 1966; Рапопорт М.Б., 1961; Урунов А.К., 1965; Аверко Е.М., 1975; Гик Л.Д., 1983 и др.)

Физическое моделирование далеко не исчерпало свои возможности, однако, присущие ему ограничения, прежде всего по выполнению требований подобия, определяют актуальность математического моделирования, которое является более универсальным средством (относительно задания исходной модели среды, вида источника) расчета сейсмических волновых полей.

Наиболее распространенными методами математического моделирования являются: лучевой метод, обоснование которого изложено в работах Г.И.Петрашеня, А.С.Алексеева, В.М.Бабича, метод синтетических сейсмограмм (Гогоненков Г.Н., Захаров Е.Т., 1971, 1975; Трапезникова Н.А., 1975 и др.), а также метод, являющийся их комбинацией (Ратникова Л.й., 1973). Однако перечисленные методы решения прямых задач сейсморазведки основаны на значительном упрощении структуры моделируемой среды и на замене точных решений приближенными, ашгроксимирущими только часть волнового поля.

Возможность вычисления полных волновых полей всех типов объемных и поверхностных волн появилась с развитием численных методов решения динамических задач теории упругости - методов конечных разностей и конечных элементов. Они позволяют исследовать процессы распространения волн в неоднородных средах с криволинейными границами раздела сложной формы, изучать нелучевые эффекты.

При решении динамических задач теории упругости существенные успехи имеются для одномерно-неоднородных моделей сред (например, Алексеев А.С, Михайленко Б.Г., 1976), а также сложно-построенных, допускающих представление в виде одномерно-неоднородных в некоторой системе координат (Алексеев А.С, Михайленко Б.Г., 1978). Известны работы, в которых методом конечных разностей решаются динамические уравнения теории упругости для двумерно-неоднородных моделей сред (Глоговский В.М., Райман М.Р., 1981; Kelly к., Ward R. и др., 1976 и др.). Однако в этих работах рассмотрены простые модели сред,а волновые поля рассчитываются для небольших пространственных и временных областей. При использовании метода сеток для решения двумерных динамических задач теории упругости существенно увеличиваются требования к мощности ЭВМ, возникают проблемы с заданием геометрической структуры среды, а также условий на границах области вычислений.

В настоящей диссертации разрабатывается методика расчетов полных волновых полей для двумерно-неоднородных моделей сред (с границами раздела произвольной структуры) на основе численного решения плоских динамических задач теории вязко-упрутости. Актуальность данной проблемы определяется необходимостью более глубокого изучения динамики распространения волн в реальных средах. Результаты моделирования могут быть использованы для оценки эффективности алгоритмов решения обратных задач для сложных геологических объектов. Двумерное динамическое моделирование хорошо согласуется с наиболее распространенными в настоящее время методами сейсмических наблюдений по профилям. Развитие его сдерживается вычислительными трудностями. Перспективные возможности для численных методов решения динамических задач теории упругости появляются с созданием быстродействущих многопроцессорных вычислительных комплексов и разработкой эффективных способов распараллеливания последовательных алгоритмов моделирования.

Целью работы является построение численных алгоритмов решения прямых двумерных динамических задач сейсморазведки для моделей сред с произвольным пространственным распределением параметров (границ раздела), учетом простейших (классических) механизмов поглощения и применение их для изучения динамики сейсмических волновых полей.

Диссертация состоит из Введения, пяти глав и Заключения.

В первой главе рассматриваются основные методы решения прямых динамических задач сейсморазведки, проблемы их реализации и ограничения применимости. Определены направления и задачи диссертационной работы.

Во второй главе приведены алгоритмы численного решения плоских динамических задач теории вязко-упрутости для двумерно-неоднородных моделей сред. Рассматривается система дифференциальных уравнений, учитывающих классический максвелловский ме - 9 ханизм поглощения, а также система, описыващая совместное действие механизмов неидеальной упругости Максвелла-Кельвина-Фохта. Иселедушся устойчивость и сходимость разностных схем, выбранных для аппроксимапии исходных дифференциальных уравнений, что необходимо для практической реализации построенных алгоритмов.

Третья глава посвящена построению диссипативных граничных условий, необходимых для решения исходных задач. Предлагаемые граничные условия ослабляют краевые эффекты (волны-помехи) от фиктивных границ области вычислений, введение которых вызвано возможностью расчета на ЭВМ волнового поля лишь в конечном числе точек сетки.

Четвертая глава посвящена вопросам машинной реализации разработанных последовательных алгоритмов моделирования сейсмических волновых полей на многопроцессорном вычислительном комплексе М-Ю. Обсуждаются проблемы реализации задач данного класса на многопроцессорных НЕМ других типов.

В пятой главе диссертации дан анализ результатов моделирования сейсмических волновых полей в неоднородных средах.

Работоспособность построенных алгоритмов моделирования демонстрируется на простых моделях сред при расчете сейсмограмм на свободной поверхности и внутри среды.

Рассматриваются результаты двумерного динамического моделирования (двухкомпонентных наблюдений) распространения сейсмических волновых полей в сложных средах, близких к реальным, для различных методов сейсмических исследований: многократного профилирования метода отраженных волн, вертикального сейсмического профилирования, межскважинного просвечивания.

Приведены результаты динамического анализа полученных сейсмозаписей.

Практическая ценность работы состоит в том, что на основе построенной методики численного решения прямых двумерных динамических задач сейсморазведки разработаны алгоритмы и программы расчета полных волновых полей в сложно-построенных средах для ЭВМ БЭСМ-6 и многопроцессорного вычислительного комплекса М-10. Программы найдут широкое применение при изучении динамических особенностей волн в неоднородных и неидеально-упругих средах, исследовании нелучевых эффектов, явлений интерференции. Результаты моделирования регистрируются в виде записей, аналогичных полевым материалам, и могут быть использованы для оценки эффективности решения обратных задач, получения рекомендаций по применению различных процедур обработки в зависимости от геологической структуры исследуемых сред.

Сейсмическая модель с зоной аномального поглощения в виде цифровых магнитных записей сейсмограмм МОГТ, ВСП, МСП (межсква-жинного сейсмического профилирования) передана для внедрения в Иркутскую опытно-методическую экспедицию АСУ и используется в отраслевой лаборатории сейсморазведки МИНХ и Ш им. И.М.Губкина.

Планируется передача алгоритмов и программ моделирования НПО "Нефтегеофизика" и ИЛУ.  

Численные методы решения динамических задач теории упругости

Рассмотренные выше методы математического моделирования имеют широкое практическое применение при решении прямых задач сейсморазведки. Однако они основаны на упрощении структуры моделируемой среды, а также на замене точных решений приближенны- ми, ашпроксимирущими только часть волнового поля, и поэтому не могут обеспечить полного количественного анализа динамики волновых полей. Трудности задач, стоящих перед сейсморазведкой, связанные с повышением детальности и точности исследований в районах сложного геологического строения, приводят к необходимости модельных расчетов полных волновых полей, учитывающих интерференцию различных типов волн, нелучевые эффекты. Возможность таких расчетов появилась с развитием численных методов. С точки зрения точности и универсальности решения динамических задач теории упругости перспективными являются методы конечных разностей и конечных элементов. Разработке теоретических основ этих методов посвящены работы С.К.Годунова, О.А.Ладыженской, Г.И.Марчука, В.С.Рябенького, А.А.Самарского и др. /28,80,81,82,83/. Прямые численные методы конечных разностей и конечных элементов позволяют вычислять полное волновое поле всех типов объемных волн. Расчеты полей могут быть выполнены в окрестности критических точек, каустик, границ тени. Однако реализация этих методов приводит к необходимости решения ряда сложных проблем. Во-первых, возрастают требования к мощности ЭВМ, на которой решается задача, что является существенным ограничением при моделировании сейсмических волновых полей в больших пространственных и временных областях. С увеличением размерности задачи (переходом от одномерной к двумерной, трехмерной), уменьшением длины волны требования возрастают. Вторая проблема применения численных методов связана с вопросами корректности их использования, то есть с обоснованием устойчивости и сходимости выбранной схемы решения. Третьим вопросом реализации конечно-разностного метода решения является проблема подавления паразитных отражений от фиктивных границ области вычислений, введение которых вызвано возможностью расчета на ЭВМ волнового поля только в конечном числе точек сетки. Ослабление волн-помех осуществляется путем выбора соответствующих граничных условий.

В настоящее время численные методы широко используются для решения динамических задач теории упругости /4,5,6,18,24,49,50, 55/. А.С.Алексеевым и Б.Г.Михайленко предложен подход, основанный на комплексировании метода неполного разделения переменных с конечно-разностными методами решения редуцированных гиперболических задач меньшей размерности /5,6,55/. В работе /5/ рассматривается решение задачи Лэмба для вертикально-неоднородного упругого полупространства. Для решения задачи используется цилиндрическая система координат Т , Ц , Z в полупространстве 2 0 Параметры Jy ,JJL , О - кусочно-непрерывные функции координаты Z На границе 2=0 приложено воздействие типа нормальной силы. Путем отделения пространственной переменной % решение задачи можно записать в виде интегралов Фурье-Бесселя: где J - функция Бесселя, а сумма векторов смещений II (ч % іЛ и U? (z И t) определяет полный вектор поля смещений. Исходная задача сводится к отысканию функций Sv K.t, и R(2.,Vs,"t) , зависящих от двух переменных и "С при многих значениях параметра К . Эта задача решается конечно-разностными методами при достаточно густой сетке параметра К , являющегося переменной интегрирования в (1.4). Таким образом, происходит переход от одной задачи в пространстве X , X , х к однопараметрическому (бесконечному) семейству задач в пространстве 2 , X .На основе данного подхода был решен ряд прикладных задач сейсмологии и сейсморазведки, исследованы нелучевые эффекты в средах. Однако необходимо отметить, что при реализации данного подхода на ЭВМ возникают проблемы, связанные с точностью решения задачи при переходе от бесконечного однопараметрического семейства задач к конечному множеству. Статья /50/ посвящена физической трактовке возникакщих при этом погрешностей. При большом значении константы разделения (параметра К ) решения задачи осциллиррл?, поэтому их нахождение существущими разностными методами требует большого объема вычислений. В работе /50/ предложена эффективная разностная схема для расчета негладких решений гиперболических уравнений второго порядка.

Алгоритм численного решения динамической задачи теории вязко-упругости (поглощение Максвелла-Кельвина-Фохта). Исследование устойчивости и сходимости

В предыдущем разделе был приведен алгоритм численного решения прямой динамической задачи сейсморазведки, описывающей процесс распространения волн в неоднородной среде с учетом простейшего механизма поглощения Максвелла. Уравнение состояния для тела Максвелла имеет вид /47/: где J t - упругая постоянная, П - коэффициент сдвиговой вязкости, причем Г) =Х/Ь ( t - время релаксации напряжения при постоянной деформации), бп , Ъ і і - производные от напряжения и деформации по времени. ]футой классической моделью, описывающей поведение вязко-упругих тел, является модель Кельвина-Фохта, для которой напряжения 6 выражаются в виде суммы двух групп слагаемых, где первая пропорциональна деформациям . , вторая - скоростям изменения деформаций /48/: JV +ju, - эффективный вязкий модуль для продольной волны, - для поперечной. Для рассматриваемого механизма поглощения величина % =( 2 )/( ) (или я7/ъ ) является временем релаксации деформации при постоянном напряжении.

Следует отметить, что механизмы поглощения, действующие в реальных средах, отличаются сложностью и изучены довольно слабо. Достаточно полный обзор теорий поглощения сейсмических волн дан в работе С.Я.Когана /47/. Феноменологическая теория Г.И.іу-ревича наиболее близка к экспериментальным результатам, однако модель описывается интегро-дифференциальным уравнением, теория численного решения которых окончательно не разработана, а также требует задания параметров, оценка которых затруднительна /52/. Поэтому в настоящей работе для расширения возможностей моделирования неидеально-упругих сред предусматривается описание поглощающих свойств совместным механизмом неидеальной упругости Максвелла-Кельвина-Фохта. Система дифференциальных уравнений в этом случае имеет вид: где IX « ІЦІГУ- вектор смещений; Х , JX , А , Х , D , О - упругие и вязкие параметры, плотность, непрерывно завися-щие от пространственшх переменны X и Lj, ;"»] ЗДЛ) -функция источника; 6 , Є - орты осей X и IX . Данные уравнения аналогичны уравнениям (2.1), где вместо «Л и р стоят, соответственно, операторы В работе /23/ проводится выбор одномерных волновых уравнений для расчета синтетических сейсмограмм в поглощающих средах. Рассмотрено одномерное уравнение, учитывающее совместный механизм поглощения Максвелла-Кельвина-Фохта, приведены частотные зависимости коэффициентов и декрементов поглощения, которые распространяются и на многомерные задачи. где C(LU) - фазовая скорость, csC J- коэффициент поглощения, - декремент поглощения, (или(Ь/р) ) - скорость в идеально-упрутой среде, Т, и 1/р имеют смысл времен релаксации деформации и напряжения и связаны волновых уравнений, учитывающих различные классические механизмы поглощения, приведены в /23/. Для системы уравнений, учитывающей совместный механизм поглощения Максвелла-Кельвина-Фохта можно выбрать рабочий диапазон частот (параметры jb , X ), где коэффициент поглощения почти линейно зависит от частоты, отсутствует дисперсия скоростей и мало меняются значения декремента поглощения. Коэффициенты ft (или D ), (или Л , р ) можно определить из зависимостей (2.29). Рассмотрим алгоритм численного решения системы уравнений (2.28).

Поглощающие граничные условия для модели Максвелла-Кельвина-Фохта

Следуя изложенному выше, построим диссипативные граничные условия для решения задачи: тогда И tL tD"u » с. ( с - некоторая погрешность). Чтобы получить в общем виде решение систеглы (3.48), определим изображение оператора L , используя преобразование Фурье-Лапласа. Матрица преобразования имеет вид: D( К Л SJ = Выберем корни t\$ » t\p из условия устойчивости решения, то есть с отрицательной действительной частью. Вычислим их из условия вырожденности матрицы 1) (3.18). Матрица преобразования в данном случае (формула (3.51)) отличается от матрицы D , определяемой формулой (3.17), тем, что сц заменяется на cfi+J S и cLi на /; ,+ /а,5 . Поэтому определитель матрицы \) получается из формулы (3.26) с соответствующей заменой: Полученные формулы (3.56), (3.57) определяют теоретические граничные условия на U -Cj ДДЯ решения задачи (3.50), то есть для уравнений, учитнваїсщих механизм поглощения Максвелла-Кельвина-Фохта. Можно показать, что простые граничные условия вида (3.38) и (3.39), полученные выше для задачи (3.16), справедливы и в данном случае. что совпадает с уравнением для компоненты 1Ц в выражении (3.39) Для иллюстрации использования полученных уравнении для границ рассмотрим сейсмограммы, изображенные на рисунках 3.2, 3.3. На рис. 3.2 представлены сейсмограммы, полученные для точек дневной поверхности при распространении волн от сферического источника типа центра расширения в однородном изотропном полупространстве, ограниченном сверху свободной поверхностью.

Остальные границы обладают абсолютным отражением (использованы нулевые граничные условия на боковых и нижней границах области). Размеры области решения составляют 4260 м по горизонтали и 3180 по вертикали; координаты источника: X = 2625 м, IX = 82 м; скорость распространения продольных волн ЯТр = 2771 м/с (Vp/V = V Ъ ); р =1,7 г/см3; параметр поглощения J = I ( иД ). Необ- ходимо отметить, что соответствующая приведенным сейсмограммам модель Ж рассмотрена в главе 5, где дано более подробное описание образующихся типов волн. Вверху на рис. 3.2 изображена сейсмограмма горизонтальной ( LL ) компоненты вектора смещений, внизу - сейсмограмма вертикальной ( V ) компоненты UL . На рис. 3.3 изображены сейсмограммы для той же модели, ограниченной сверху свободной поверхностью, на остальных границах и в угловых точках использованы граничные условия (3.39), (3.41), (3.42), (3.43), (3.44). На сейсмограммах видна прямая волна, которая при отражении от боковых границ образует волны г г и г Ь , идентифицированные по их скоростям распространения. Наблюдается образование поверхностной волны Релея, также испытывающей отражения от угловых точек. Сравнение сейсмограмм (рис. 3.2 и 3.3) наглядно показывает эффект ослабления волн, вызванный дассипативными граничными условиями. Особенно четко это видно для компоненты LL .

Сравнительный анализ применимости многопроцессорных ЭВМ с различной архитектурой для решения прямых динамических задач сейсморазведки

Рассмотрим некоторые проблемы реализации задач данного класса на многопроцессорных ЭВМ других типов. Многопроцессорный вычислительный комплекс "Эльбрус" построен по модульному принципу /14/ и в зависимости от комплектации может состоять из некоторого количества модулей центральных процессоров (1-Ю), модулей оперативной памяти (4-32), модулей процессоров ввода-вывода (1-4), модулей процессоров приема-передачи данных (I-I6), модулей внешней памяти на магнитных лентах, дисках и устройств ввода-вывода. Модули центральных процессоров, оперативной памяти и процессоров ввода-вывода связаны между собой при помощи центрального коммутатора. Модули системы работают параллельно и независимо друг от друга, ресурсы системы динамически распределяются операционной системой. Резервирование осуществляется на уровне однотипных функциональных модулей и устройств. При выходе из строя отдельного модуля его работа может быть передана другим модулям такого же типа, что приводит к снижению рабочих характеристик, но не к отказу системы в целом /29/. Узким местом системы является общая оперативная память, эффективность использования которой определяется аппаратно и программно реализуемыми способами ее распределения. "Эльбрус-1" имеет производительность от 1,5 до 12 млн. операций в секунду и емкость оперативной памяти от 576 до 4608 К байт в зависимости от комплектации. Данная вычислительная система с раздельным управлением и общей памятью рассчитана на эффективное использование параллелизма независимых ветвей. Ветвь программы Y не зависит от ветви Л /44/, если: 1) ни одна из входных переменных для ветви Y не является выходной переменной ветви Л ; 2) между ними нет связи по рабочим полям памяти; 3) они должны выполняться по разным программам; 4) условие выполнения ветви ] не должно зависеть от щшнаков, выкатываемых при вшоошенни ветви X Для рассматриваемых задач независимые ветви программы, ха-рактеризущиеся перечисленными признаками, могут быть выделены при реализации 3 и 4 этапов моделирования. Однако, как было показано выше, эти этапы занимают незначительную часть машинного времени счета.

На втором этапе моделирования (в основном цикле) могут быть выделены ветви программы независимые между собой только в отношении данных, но связанные общей программой. При таком использовании системы с раздельным управлением лучше всего иметь дубликаты программ для каждого из процессоров. Однако это приводит к нерациональному использованию объема оперативной памяти. В вычислительном комплексе "Эльбрус" принята аппаратная реализация рекурсии, что позволяет иметь в оперативной памяти один экземпляр программ, к которому обращаются устройства управления всех процессоров. Однако, поскольку процессоры работают несинхронно, между ними будут постоянно возникать конфликтные ситуации при обращении к общей памяти. В результате чего система будет использоваться с низкой эффективностью. Кроме того, для задач данного класса невозможно разбиение процессов основного цикла на ветви, полностью независимые в от- ношении данных, так как в соответствии со схемой (4.3) процессоры время от времени будут обращаться за данными к одному блоку памяти при расчете точек сетки, расположенных на соседних вертикалях (горизонталях). Трудности такого же характера возникают и при моделировании пятого этапа - вычислении компонент вектора смещении в точках дневной поверхности методом прогонки. Здесь трудно выделить ветви независимые в отношении данных и несвязанные общей програілмой.

Если же в данном случае производить расчет с помощью одного процессора, то остальные будут неэффективно простаивать. В силу перечисленных особенностей структура рассматриваемого вычислительного комплекса не может эффективно реализовать задачи данного класса, ориентированные на естественный параллелизм. Рассмотрим возможности использования многопроцессорных систем с общим управлением ПС-2000 /62/ и ПС-3000 /89/ для решения задач данного класса. Основу ПС-2000 /62/ составляет параллельный процессор, который содержит процессорные элементы (ПЭ), одновременно выполняющие одинаковые операции под управлением микропрограммного устройства - модуля управления. Число ПЭ может изменяться от 8 до 64 с кратностью по 8 ПЭ. Каждый ПЭ включает обрабатывающий элемент, содержащий 24-разрядное арифметическо-логическое устройство, оперативные и буферные регистры. В состав ПЭ входит 24-разрядная память данных емкостью 4 или 16 К слов, процессор активации ПЭ.

Похожие диссертации на Методика моделирования волновых полей в неоднородных средах на основе численного решения прямой динамической задачи сейсморазведки