江苏专转本冲剌班计算机复习要点核心考点计算机硬件.docx
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江苏专转本冲剌班计算机复习要点核心考点计算机硬件
2016冲剌班计算机复习要点
计算机硬件
一、发展历史
1、按什么器件将计算机划代?
计算机主机所使用的主要元器件。
最主要是CPU使用的主要元器件。
注意:
不是内存或外存等。
2、划分成几代?
共4代
3、目前处于第几代?
第4代
4、每一代主要元器件是什么?
第一代:
CPU是用电子管。
内存是磁鼓(不是电子管)。
用什么语言编程?
用机器语言和汇编语言编程序。
计算机应用领域?
主要是科学计算(即:
加、减、乘、除、开平方等)
什么是机器语言?
就是CPU的指令系统。
是二进制数。
是硬件唯一的可直接执行的语言。
不可移植。
(这是因为不同机器的CPU的指令系统不同,因而机器语言不同。
)
什么是汇编语言?
就是符号语言。
几乎直接对应二进制的机器指令。
不能直接执行。
(要先通过汇编程序(一种系统软件),将汇编语言程序整个汇编成机器语言程序,然后才能执行。
)也是不可移植的。
(这是因为它几乎直接对应二进制的机器指令,而不同CPU,其指令系统通常不同。
因此不可移植。
)
注:
问:
机器语言写的程序都是系统软件。
错误。
机器语言可以写任何软件(不一定非是系统软件)。
第二代:
CPU是用晶体管。
内存是磁芯(不是晶体管)。
用什么语言编程?
用高级语言编程序(如:
FORTRAN、BASIC等)。
计算机应用领域?
主要是数据处理(或信息处理)
什么是高级语言?
就是面向人的语言(机器语言与汇编语言是面向机器的语言)。
高级语言写的程序是可移植的(这是因为它远离机器,不面向机器,因而抽象级别高),但不可直接执行。
如何执行高级语言的程序?
方法1:
先通过编译程序(一种系统软件)变成等价的机器语言程序,然后再运行该机器语言程序。
方法2:
取出高级语言程序中的一条语句,立即按语句的含义进行解释执行。
然后再取下一条语句,解释执行。
反复这样做。
比较:
方法1称为:
编译方式。
方法2称为解释方式。
编译方式特点:
程序运行性能高,用于写复杂性的程序。
会生成等价的机器语言程序,但人机交到性差。
解释方式特点:
程序的人机交互性好,不生成等价的机器语言程序。
程序运行性能不高。
适用于不复杂或性能要求不高的场合。
高级语言与机器语言(或汇编语言)比较:
高级语言开发的效率高,机器语言开发的效率差。
但机器语言执行性能高,高级语言执行性能差些。
高级语言不能直接执行,而机器语言可直接执行。
第三代:
CPU是用SSI或MSI。
内存也是SSI或MSI。
用什么语言编程?
用高级语言编程序(如:
FORTRAN、BASIC等)。
计算机应用领域?
主要是数据处理(或信息处理)
但此时软件上:
先出现了操作系统,后出现了DBMS(数据库管理系统)。
它们都是系统软件。
第四代:
CPU是用LSI或VLSI。
内存也是LSI或VLSI。
用什么语言编程?
用高级语言编程序(如:
FORTRAN、BASIC等)。
计算机应用领域?
主要是数据处理(或信息处理)
但此时软件上:
出现了软件工程、各种软件开发工具等。
用于大规范的软件开发。
5、计算机应用模式:
集中计算模式:
50-70年代,以大型机为中心,连接50-60台终端。
分散计算模式:
80年代,个人计算机迅速发展,计算能力分散到大量的个人计算机上。
网络计算模式:
90年代及目前,由于计算机网络的迅猛发展,计算能力不仅由自己的计算机承担,更主要是从网络上获取所需要的信息处理能力。
即从网络上获取硬件、软件和数据资源。
6、发展趋势:
智能化。
以知识处理为核心。
(注:
旧的说法是:
巨型化[指:
功能越来越强、运算速度越来越高,不是指体积越来越大];微型化[体积越来越小]、网络化、多媒体化、智能化)
二、计算机组成
1、计算机系统是由硬件系统与软件系统两部分组成。
2、计算机硬件系统,逻辑上是由CPU、内存储器、外存储器、输入设备、输出设备通过总线连接而成。
(或者说由五个部分组成:
运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备)。
那个逻辑图要记忆住。
(图容易记忆)
从图中,发现有:
1)CPU、内存之间是通过CPU总线(又称为:
前端总线、CPU-存储器总线)连接。
速度快、带宽高。
用于连接高速设备。
显卡也是连接在该总线上。
2)I/O总线(又称:
系统总线)是各种I/O设备、外存储器设备、网卡、声卡、键盘、MOUSE等连接的场所的。
3)所有的设备都通过各自的控制器连接到总线上。
4)CPU与所有的输入设备、输出设备同时并行工作。
5)所有的设备之间也是同时并行工作。
6)主机:
CPU、内存、总线、各个设备的控制器的总称。
7)外部(围)设备:
输入设备、输出设备和外存储器。
简称:
外设。
8)计算机硬件是由:
主机和外部(围)设备组成。
9)外围设备是通过接口连接到主机上的。
10)I/O操作、I/O设备、I/O接口、I/O控制器、I/O总线之间的关系:
11)每一类设备都有自己独特的控制器。
不再种类的设备通常有不同的I/O控制器。
12)I/O操作的启动是由CPU发出I/O指令,由I/O控制器启动的。
以后整个I/O操作是由I/O控制器全程控制的。
注意:
不是由CPU控制的。
I/O操作结束,也是由I/O控制器向CPU报告一下。
此时CPU同时并行处理它自己的其它任务。
13)输入设备:
将外界的各种形式的数据,经过输入设备,通过I/O接口,经过I/O控制器,经过I/O总线,最终到达内存中某处[此时一定是二进制]。
例:
问:
输入设备是将外界数据输入到硬盘中。
答:
错误。
14)常用输入设备:
键盘、MOUSE、扫描仪、麦克风等。
15)输出设备:
将内存某处的二进制数据经过I/O总线、经过I/O控制器、通过I/O接口,最终通过输出设备变成各种各样形式的数据。
16)常用输出设备:
显示器、打印机、绘图仪、音箱等。
17)I/O设备:
指的是输入设备与输出设备的总称。
计算机系统是通过I/O设备与外界(用户、环境、其它设备)互相联系与沟通。
18)处理器:
对输入的信息(数据)进行各种处理的部件。
微处理器:
用VLSI制作的处理器。
19)一台计算机有多少个处理器?
一台计算机有许多个处理器。
每一个处理器都有自己的任务。
如:
显卡中的处理器(绘图处理器)是用于绘图。
网卡中的处理器是用于通信。
等等。
20)CPU:
一种处理器。
用于运行系统软件与应用软件的处理器。
21)CPU与处理器的关系?
处理器不一定是CPU,而CPU一定是处理器。
22)CPU的必须性?
一台计算机必须至少有一个CPU。
因此是计算机的核心部件。
23)并行处理(并行计算):
用许多个CPU(可能成千上万个)同时进行计算,以实现超高速计算的技术。
24)什么是多处理器系统?
具有多个CPU以实现超高速计算(并行处理或并行计算)的计算机系统。
例:
问:
多处理器系统是指具有多个处理器的计算机系统。
答:
错误。
因为:
一台计算机系统具有许多个处理器但可能只有一个CPU。
25)存储器:
存储程序和数据。
分:
内存(或主存)与外存。
26)内存与外存比较:
内存速度快、容量小、价格高。
外存速度慢、容量大、价格低。
27)内存与CPU关系?
CPU通过CPU总线(或CPU—存储器总线)与内存直接相连。
故:
CPU才能直接访问内存中的程序和数据。
28)(a)任何程序只有在内存中才能得到执行。
(b)任何程序,运行之前,先调用内存,然后再运行(C)程序运行结束,从内存中撤除,释放出内存空间以被运行其它程序。
(D)运行时所有需要的数据及临时数据都在内存中。
29)外存与CPU关系?
外存是通过它的控制器直接连接在I/O总线上的。
CPU不能直接访问。
只能间接访问(即:
先将外存中数据通过I/O总线传输到内存---读盘),然后CPU再直接访问内存。
30)外存的作用?
用于长时间或永久地存储数据。
因而自然地,停电后数据不会丢失。
31)总线:
在CPU、存储器、I/O设备之间传输数据并协调工作。
分为:
a)CPU总线(或:
前端总线或CPU—存储器总线)---直接连接CPU与内存b)I/O总线:
各种I/O设备或外存通过各自控制器连接在上面。
注:
显卡是连接在CPU总线上的(因为要:
高速数据传输)
32)计算机分类:
按内部逻辑结构分:
16位机、32位机。
按性能、用途、价格分:
巨型计算机(成千上万个CPU组成、大规模并行处理)、大型计算机(几十个或上百个CPU。
企业或政府数据集中存储、管理、处理)、小型计算机(部门级使用)、个人计算机(台式机、笔记本电脑)
在C/S模式中:
前三类计算机通常做Server,个人计算机一般做Client。
33)单片计算机(嵌入式计算机):
运算机、控制器、存储器、I/O控制与接口电路都集成在一片VLSI上。
34)哪些设备含有单片计算机?
数码相机、MP3播放器、电视机机顶盒、汽车、手机等等几乎所有的电子产品中。
35)单片计算机特点是什么?
软件固化在芯片上(功能用途相对固定)、实时信息处理、功耗很小、适应恶劣工作环境。
36)微处理器的发展:
Intel:
Intel-Pentium-→PentiumPro-→PentiumII-→PentiumIII-→Pentium4-→Core2Duo
AMD:
Athlon、Sempron、Phenom且与IntelCPU兼容.
时钟频率越来越高、处理速度越来越快、结构上:
越标量、超流水线。
三、CPU结构
1)冯•诺依曼:
提出“存储程序控制”原理。
2)CPU执行程序过程:
程序与数据装入内存-→CPU从内存中取出一条指令-→分析执行指令-→再取出下一条指令-→反复如此。
3)CPU结构:
记住CPU的结构图。
图中:
四个组成部分:
运算器、控制器、寄存器组、CACHE。
4)运算器:
①算术运算(加、减、乘、除)与逻辑运算(与、或、非)。
②由许多个ALU(算术、逻辑部件)组成(这样可以提高运算性能),ALU有多种,如有整数ALU、实数ALU、特殊运算的ALU等。
5)控制器:
指令计数器(放当前正在执行的指令的地址,每执行完一条指令,该计数器的值加上1)、指令寄存器(临时存放当前从内存中取来的指令,即将要进行译码与执行)、指令译码电路(对指令进行译码[看看是加法操作还是减法操作等等],发出各种控制信号)
6)寄存器组:
速度最快。
临时存放运算数及中间运算的结果。
运算的数据:
先从内存传送到寄存器,然后通过运算器进行运算。
若结果不再继续运算,则最终将结果从寄存器传回到内存中。
7)CACHE:
①为什么要有CACHE?
CPU与主存之间速度的不匹配。
(CPU速度很快,而主存速度慢,迫使CPU要停下来等待主存),为解决这个问题,提出CACHE。
②CACHE用什么制作?
用SRAM。
直接制作在CPU内,速度几乎与CPU一样快。
注意:
①主存是用DRAM。
②硬盘的CACHE用的是DRAM。
因此:
不是所有的CACHE都是用SRAM制作的。
③访问方式:
CPU先访问CACHE,若CACHE访问不到,再到主存中访问。
④命中率:
CPU需要的指令或数据在CACHE中直接找到的概率。
⑤CACHE容量与命中率的关系?
容量越大,命中率越高。
从而CPU的执行效率越高。
⑥程序的结构与命中率的关系?
程序结构会影响命中率。
同样的CACHE容量下,CACHE友好的程序结构会大大提高命中率。
反之,结构不友好的程序结构会大大降低命中率。
⑦IntelCPU:
CORE2中CACHE结构:
(A)CORE2中CACHE又进一步分为:
一级CACHE(L1CACHE—容量小如64KB、速度更快)、二级CACHE(L2CACHE---容量大如2MB、速度略慢)。
访问方式:
CPU先访问L1CACHE,若不在L1ACHE,则访问L2CACHE,仍不再,再通过CPU总线访问内存(并传送附近的一批数据)。
(B)CORE2是多核心结构。
每一个核心有自己的L1CACHE,而L2CACHE是由所有的核心共享。
[一]CORE2结构:
1超标量结构:
由多个执行部件(运算器及相关的寄存器组)组成。
这些执行部件可同时执行。
2SIMD:
单指令多数据。
指一条指令可以处理多对数据。
3流水线处理技术:
若没有流水线和超标量,则同一个时刻只有一条指令在执行。
流水线,将一条指令的执行,分成许多个小的步骤,多条指令同时执行,但它们处于不同的阶段。
因此:
CPU内部时钟频率很高。
4流水线与CPU内部时钟频率关系?
流水线级别多,CPU内部时钟可以很高,CPU执行效率高。
5超标量结构允许多个执行部件同时执行,因而有多条流水线同时进行。
6指令预取部件:
将即将要执行的指令从L2CACHE中预先取出,并通过指令译码,将译码出的微操作代码放在执行跟踪CACHE中。
这样以后执行指令时,直接从执行跟踪CACHE中取出微操作直接执行(节省了指令译码的时间,加快了CPU执行的性能)
[二]超线程
①什么是超线程?
一个CPU同时执行两个线程。
什么是线程?
CPU中一个指令流(即:
取指令、指令译码、执行指令、指令计数器加1.。
再重复这样的步骤)
②超线程带来何种效果?
物理上只有一个CPU,但操作系统看到的却是两个CPU,因而同一时间可使用物理CPU中的不同部份。
提高了操作系统中多任务、执行多线程的能力。
③超线程的缺点:
达不到两个物理CPU的性能。
因为两个线程要共享物理CPU中的核心资源。
④怎么办?
采用多核心CPU。
在一个VLSI中集成多个CPU核心。
每一个核心都是超线程(两个线程)。
如:
2核心4线程。
或4核心8线程。
⑤核心结构:
每一个核心有自己的寄存器组、L1CACHE、执行部件。
⑥核心之间:
共享L2CACHE及CPU总线。
8)指令:
二进制数。
是构成程序的基本单位。
即:
什么是程序?
指令的序列。
一条指令大小:
至少一个字节。
格式:
操作码和操作数地址组成。
什么是操作码?
规定每一种操作(如:
加、减等操作)的代码。
操作码能省略吗?
必须有。
不能省略。
什么是操作数地址?
指令要处理的数据或者数据所在的位置。
操作数地址可以省略吗?
可以省略。
指令在硬件上能直接执行吗?
是硬件上唯一可以执行的。
一条指令的执行有哪几步?
取指令(由控制器完成,指令计数器给出指令在内存中的地址,取出的指令临时放在控制器中的指令寄存器中。
)、指令译码(由控制器中的译码电路译出指令,发出各种控制信号)、执行指令(由运算器完成,相关的寄存器放有操作数)、指令计数器加1.
9)什么是指令系统?
一个CPU所能执行的全部指令。
指令系统与机器语言的关系?
机器语言就是指令系统。
因此:
机器语言程序是硬件直接执行。
不同公司生产的CPU相互兼容吗?
通常由于指令系统不相同。
因而CPU不兼容。
注意:
特例:
AMD生产的CPU与Intel生产的CPU是兼容的。
同一公司生产的CPU兼容吗?
不一定。
同一公司生产的同一系列的CPU肯定是兼容的。
什么是向下兼容?
由于新的CPU的指令系统是在老的CPU指令系统的基础之上扩充而来的,因而针对老的CPU指令系统写的程序在新的CPU中当然能够得到执行。
这就叫新的CPU向下兼容老的CPU(新的向下兼容老的。
不要弄反了)。
如:
IntelCPU发展(从老到新)8086-→80286-→80386-→80486-→Pentium→PentiumPro-→PentiumII-→PemtiumIII-→Pemtium4-→PentiumD-→CORE2。
那么问:
CORE2向下兼容80286吗?
答:
向下兼容.
MMX指令是用于处理什么的?
用于处理多媒体信息的指令。
提高CPU处理多媒体信息的能力。
SSE指令是什么?
单指令多数据指令。
128位长。
用一条指令可处理多对数据。
提高CPU处理效率。
10)CPU的性能到底表现在什么地方?
表现在,CPU执行程序的快慢。
11)计算机系统的性能与CPU的性能有什么关系?
主要由CPU性能决定,但其它部件性能也很重要。
如问:
计算机A与计算机B,其它配置相同,如果计算机A的CPU性能是计算机B的CPU性能的2倍,则计算机A的系统性能是计算机B的系统性能的2倍?
答:
不是。
达不到2倍。
1倍多。
12)影响CPU性能指标的因素有哪些?
①字长。
什么是字长?
CPU中整数寄存器与定点运算器的宽度。
如问:
若地址线36位,整数寄存器是32位,则CPU的字长是多少?
答:
32位。
字长越长,性能越高。
②主频(CPU内部时钟频率):
主频越高,执行一条指令的时间就越少。
③CPU总线速度。
CPU总线(FSB)频率及数据线宽度。
④CACHE容量与结构。
⑤指令系统。
Intel指令系统新增的指令:
MMX-→SSE-→SSE2→SSE3
⑥CPU逻辑结构:
多核心、超线程、流水线、超标量结构等。
13)有哪些度量CPU性能的指标?
MIPS(百万条定点指令/每秒)如:
100MIPS。
MFLOPS(百万条浮点指令/每秒)、TFLOPS(万亿条浮点指令/每秒)。
四、PC主机
1)什么是主板?
即母板。
是PC机的核心部件。
2)主板上安装有什么?
CPU插座(CPU)、芯片组、存储器(SIMM或DIMM)插座、总线、I/O控制器等
3)外围设备如何连接在主板上?
通常I/O接口或扩充卡。
4)什么是扩充卡?
扩充卡就是相应设备的I/O控制器。
做成卡的形状,插入在主板的I/O总线插槽中。
注:
若是显卡,则实际上插入到CPU—存储器的总线上。
由于VLSI的发展,现在的扩充卡的功能都已集成到芯片组中了。
(如:
网卡、显卡、声卡等),另外,注意:
键盘、MOUSE、并口、串口的控制器功能集成到SuperI/O芯片中(不在芯片组中)。
5)目前有哪些I/O总线插槽?
ISA(已淘汰)、VESA(已淘汰)、PCI(差不多要淘汰,特点:
频率33M;数据线宽度:
32位或63位;这样带宽:
33M*32*1/8=133MB/S或33M*64*1/8=266MB/S)、PCI-E(目前使用,特点:
串行传输、点对点,有PCI-Ex1、PCI-Ex4、PCI-Ex8、PCI-Ex16如:
x16表示16个传输通道,故:
如果设每一个通道速率:
250MB/S,则:
表示:
PCI-Ex1是250MB/S,PCI-Ex16是:
250MB*16=5GB/S)
)
6)有哪些连接到CPU总线插槽(用于显卡)?
AGP、PCI-E等。
7)主板的尺寸?
目前已标准化,以方便于主板的互换。
有ATX标准和BTX标准。
8)什么是芯片组?
是一个VLSI,可看成是大部分I/O控制器的集成。
9)北桥芯片组与CPU、内存、显卡之间关系?
①以北桥芯片组为核心、CPU、内存、显卡各自单独与北桥芯片组相连接,通过北桥芯片组,各自之间进行数据传输。
用于高速传输。
②因此:
芯片组与CPU必须要配套。
芯片组与内存要配套。
芯片组决定了物理内存容量的最大的安装大小。
内存类型、速度。
10)南桥芯片组作用?
PCI总线插槽(连接各种外围设备的扩充卡如网卡,即:
设备的控制器)、USB接口、硬盘接口、BIOS、CMOS等。
11)网卡、声卡集成到何处?
集成到了南桥芯片组。
12)北桥与南桥之间再直接连接。
13)因此在PC机中:
输入数据的流动是什么?
数据从输入设备-→I/O接口-→南桥芯片组(集成有设备的控制器)-→北桥芯片组-→内存中某处.
14)什么是BIOS?
①基本输入/输出系统
②用什么制作?
FlashMemory制作。
③什么特点?
停电数据不丢失(因而是是一种ROM,即FlashROM)。
可在线修改内容(快擦写存储器)。
15)BIOS中有哪些程序?
四类:
①加电自检②自举(系统主引导记录的装入程序)③CMOS设置程序④基本外围设备的驱动程序。
这些程序都是机器语言程序。
16)BIOS中程序何时执行?
计算机加电时,总是首先执行BIOS中程序。
17)加电自检程序做什么?
测试系统各部件的工作状态是不是正常。
若不正常,则系统报警并停机。
运行时会读取存放在CMOS中的硬件配置参数数据。
18)自举程序做什么?
读取CMOS,按CMOS中设置的启动顺序,依次查找启动设备上的主引导记录并将它读入到内存中。
然后控制权转移给该主引导记录(即:
运行该引导记录的程序)。
注:
什么是主引导记录?
是一段机器语言写的程序。
大小不超过512字节。
不同的操作系统有自己的引导记录。
作用:
操作系统的引导记录,将本操作系统本身的大量程序从外存调入内存中运行。
19)BIOS中程序的基本执行次序是什么?
加电自检-→自举(系统主引导记录的装入程序)-→主引导记录(进一步传递到:
操作系统的引导程序)→操作系统.
20)CMOS设置程序什么?
设置、修改CMOS中数据。
如:
设置开机口令。
修改日期、时间、设置启动的先后顺序等等。
21)何时可以调出CMOS设置程序进行运行?
在自举程序运行之前,按下某一个特定的键。
22)哪些设备的驱动程序在BIOS中,哪些不在?
基本的设备都在。
键盘、显示器、硬盘、光盘、串口、并口。
注意:
打印机、扫描仪等都不在(不在上述列的清单中的)。
23)CMOS是什么?
易失性存储器。
要主板是电池供电。
存放系统中重要的配置参数信息。
如:
开机口令等。
24)CMOS与BIOS比较?
CMOS只放数据,不放程序。
BIOS中放四类程序,主要数据在CMOS中。
CMOS要电池供电,易失性的。
BIOS是非易失性的,停电数据不丢失。
CMOS是RAM,而BIOS是ROM。
五、内存
1)存储器分为:
内存与外存。
2)计算机中存储体系,主要解决什么问题?
速度快的存储器价格高,速度慢的价格低。
因此,为了达到最优的性能/价格比,使用存储体系,相互取长补短、协调工作。
3)速度从快到慢的顺序:
寄存器-→CACHE-→内存-→外存(U盘、硬盘、光盘)-→后备存储器(磁带、光盘库)
4)内存用什么制作?
VLSI(半导体)
5)分类?
随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两大类。
随机存取存储器中的信息,可以由指令随机地读出与写入。
RAM又可分为静态RAM和动态RAM。
按照ROM的内容是否(或怎样)改写,ROM可分为①不可在线修改内容②FlashROM(快擦除ROM,闪光ROM或闪烁存储器),可在线修改内容[电压低时只读,电压高时修改]。
用于:
主板BIOS、数码相机、U盘。
6)DRAM特点是什么?
电路简单、集成度高、成本低、价格低、功耗小、速度慢(比CPU)、需要动态刷新。
停电后数据丢失。
7)DRAM用于什么场合?
主要用于内存。
硬盘中的CACHE也是使用的DRAM。
注意:
不是SRAM。
8)SRAM特点是什么?
电路复杂、集成度低、成本高、价格高、功耗大、速度快(集成在CPU内部)、不需要动态刷新。
停电后数据丢失。
9)SRAM用于什么场合?
主要用于CACHE。
CACHE已集成在CPU内部。
10)内存如何编址?
①每8个二进制位作为一个整体,一齐读、一齐写。
因此:
8个二进制位你为:
一个字节。
位:
bit,用小写b表示。
字节:
Byte,用大写B表示。
即:
以字节为基本单位进行读/写。
注意:
不要以为每一次只能读写一个字节。
可以一次读写2个、3个、若干个字节。
反正是字节的整数倍。
②以字节单位连续编址,从0开始。
设有n个字节,则第一个字节的地址一定为:
0,最后一个字节的地址一定是:
n-1。
将它们化成十六进制即可。
连续编址的含义是:
若当前字节的地址是m,则下一个字节的地址一定是:
m+1。
对比:
外存如何编址?
注意:
硬盘(外存)的编址不是这样的,硬盘编址是:
磁盘号、柱面号、扇区号。
是以扇区为基本单位进行编址(不是字节),
问:
计算机中存储器是以字节为单位统一编址的。
答:
错误。
11)内存容量单位:
1B=8bits1KB=210B=1024B1MB=
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