Guía1_arqpcs

7/24/2019 Guía1_arqpcs

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Guía 1

Módulo: ARQUITECTURA DECOMPUTADORES

DATOS DE IDENTIFICACIÓN

TUTOR Helmer Julián Romero R

E-mail [email protected]

ESCUELA TECNOLÓGICA INSTITUTO TÉCNICO CENTRALLA SALLE

UNIDAD DE TRABAO No! "A#$ui%&'%u#a d&'om(u%ado#&)

P#&*u+%a) G&+&#ado#a)

• ¿Qué es la arquitectura de computadores?.• ¿Qué es un computador?.

• ¿Cuál es la dierencia entre un computadoranálo!o " uno di!ital?.



• ¿Qué es la arquitectura de #on $eumann?.

• ¿%&plique el uncionamiento 'ásico de uncomputador?.

ACTI,IDAD

1. (olucionar desde su punto de )ista cadauna de las pre!untas !eneradoras.

*. +n)esti!ar " desarrollar una línea de tiempo

so're la e)oluci,n de los computadores.-. Representar !rácamente la arquitecturade #on $eumann.

INDICADORES

• Conceptuali/ar la arquitectura de un computador.

• %sta'lecer las dierencias entre un computador análo!o "uno di!ital.

• +denticar la arquitectura de #on $eumann.

• 0eterminar el uncionamiento 'ásico de un computador

TEMAS A DESARROLLAR EN LA UNIDAD1. +ntroducci,n.1.1. Concepto de Computador.1.*. Clasicaci,n de los computadores. Computadores 0i!itales. Computadores nal,!icos.



*. rquitectura #on $eumann del computador di!ital.*.1. nálisis de los 'loques.*.*. ¿2or qué sur!i, la arquitectura de #on $eumann?. 2ro!rama ca'leado. 2ro!rama almacenado.*.-. 0ia!rama de 'loques del computador 'ásico.*.3. 4uncionamiento del computador 'ásico.*.3.1. Ciclo de '5squeda " ciclo de e6ecuci,n.*.7. Conclusiones.*.8 9i'lio!raía

MARCO TEÓRICO DE

FORMACIÓN

! U+idad d& T#a.a/o:rquitectura de computadores.

"! INTRODUCCION!"!"! CONCEPTO DE COMPUTADOR!: Computador. ;áquina que procesa la inormaci,n de ormaautomática.Procesar. (on las manipulaciones o transormaciones quede'e hacerse con la inormaci,n para resol)er un pro'lemadeterminado. %6emplo< Calcular la media aritmética de unaserie de n5meros.

= >a inormaci,n son los n5meros.= %l procesamiento consta de dos operaciones<

(umar todos los n5meros. 0i)idir el resultado anterior entre la cantidad den5meros que ha".: %n un principio los computadores utili/a'an tecnolo!íamecánica " electr,nica pero actualmente s,lo se emplea laelectr,nica. $o o'stante ha" componentes como los



periéricos discos impresoras etcA que toda)ía utili/anelementos mecánicos.

: Tecnología. %lementos ísicos con los que se constru"e uncomputador.: >a tecnolo!ía del uturo parece ser la ,ptica queactualmente se emplea en las comunicaciones de datos " enlos dispositi)os de almacenamiento de inormaci,n C0=RB;etcA.

"!! CLASIFICACION DE LOS COMPUTADORES!: >os computadores se pueden clasicar se!5n )arios criterios.

2or la orma de representar la inormaci,n se clasican de lasi!uiente manera<

= Computadores di!itales.= Computadores anal,!icos.

: Computadores Digitales.

= >a inormaci,n se representa mediante sistemas derepresentación digitales. (e suele usar el sistema

binario en el que cada dí!ito s,lo tiene dos estadosl,!icos posi'les denominados 1 " . Cada uno de estosdí!itos se denomina bit .

= l construirse con tecnolo!ía electr,nica los )alores delos dí!itos 'inarios se representan mediante )alores detensi,n eléctrica. sí los circuitos electr,nicos puedenalmacenar " procesar los 'its de inormaci,n.

= %n la !ura se muestran las /onas de tensi,n eléctricaque denen los dos estados posi'les en los circuitosinte!rados del tipo DD>.

= %lectr,nicamente los dos estados se suelen denominar Alto Hi!hA " Bajo>oEA se!5n correspondan a tensionesele)adas o a tensiones pr,&imas a cero.

= >a asi!naci,n de los )alores 1 " a los estados H " > esar'itraria.



Generalmente se suele asi!nar el )alor 1 al estado H " el )alor al estado >.

= 2ara representar n5meros letras "Fo sím'olos se utili/ancadenas de 'its.

= %l ran!o de los n5meros depende de la lon!itud de lacadena " del sistema de numeraci,n que utilice. 2ara elsistema de numeraci,n 'inario puro<

1 'it 1

= tili/ando sistemas de codicaci,n se puedenrepresentar letras " n5meros. n e6emplo es el c,di!o(C++.

= Cuando se consideran e&clusi)amente n5meros se diceque la inormaci,n es numérica " si se trata tanto con

n5meros como con te&to se dice que es alanumérica.

: Computadores Analógicos.=(olamente pueden representar n5meros " la ma!nitud deéstos se determina por el )alor de una tensi,n eléctrica.= 2or pro'lemas tecnol,!icos los C. . s,lo pueden tra'a6ar enun ran!o de tensi,n pequeo p. e. =1# a I1#A lo queo'li!a a escalar las )aria'les numéricas de orma que sus)alores estén en ese ran!o.

Ventajas de los Computadores Digitales frente a los Analógicos.=4acilidad " capacidad de almacenamiento de inormaci,n.=;a"or precisi,n de representaci,n numérica e independientede los componentes utili/ados. 0epende s,lo de la lon!itud delas cadenas de 'its.



=(i se tiene un computador de anchura de pala'ra de 'itsse pueden encadenar dos pala'ras para aumentar el ran!o derepresentaci,n " la precisi,n.=4acilidad de empleo.=;anipulaci,n de inormaci,n no numérica.: Conclusión.=2or todas las )enta6as enumeradas actualmente se utili/ane&clusi)amente los Computadores 0i!itales.=$o o'stante por su uncionamiento paralelo " su alta)elocidad de cálculo se utili/an en aplicaciones especícasque necesitan estas características.=(olamente se estudiarán los Computadores 0i!itales.

! ARQUITECTURA ,ON NEUMANN DEL COMPUTADORDIGITAL

= #on $eumann esta'leci, en 1K37 un modelo decomputador que se considera toda)ía como la arquitectura'ásica de los computadores di!itales.: (e compone de las si!uientes unidades o 'loques<

= nidad de ;emoria 2rincipal.

= nidad ritmético=l,!ica.= nidad de Control.= nidad de %ntradaF(alida.

: %n !eneral la unci,n esencial de la máquina de #on$eumann como la deCualquier computador es procesar inormaci,n. 2ara ellonecesita sa'er el tipo de procesamiento " los datos queutili/ará.

= %l tipo se especica mediante un pro!rama que es uncon6unto de instrucciones u ,rdenes elementalesdenominadas instrucciones máquina que e6ecuta elcomputador ritméticas< suma resta multiplicaci,ndi)isi,n...

= >,!icas< $0 BR $BD LBR ... Dranserencia de datos<car!ar almacenar transerir ... (altos " 9iurcacionescondicionales etcA.



= 2or tanto se necesita un soporte que almacene tanto elpro!rama como los datos. %l 'loque de ;emoria 2rincipalinterna es el que reali/a esta unci,n.

!"! ANALISIS DE LOS BLOQUES!

: Memoria Principal (M. P.)= (e compone de un con6unto de celdas del mismo tamao

n5mero de 'itsA.Cada celda está identicada por unn5mero 'inario 5nico denominado dirección.

= na )e/ seleccionada una celda mediante sucorrespondiente direcci,n se pueden hacer dosoperaciones<

= Lectura. 2ermite conocer el )alor almacenado anteriormente.

= Escritura. lmacena un nue)o )alor.= %n la arquitectura #on $eumann la ;. 2. almacena tanto lasinstruccionesmáquina como los datos.

: nidad Aritm!tico"#ógica (. A. #.).= Reali/a las operaciones elementales tanto aritméticas

como l,!icas que implementa el computador< sumaresta $0 BR $BD etc.

= >os datos con los que opera se leen de la ;. 2. " puedenalmacenarse temporalmente en los re!istros quecontiene la . . >.

=$ nidad de Control (. C.).

=%6ecuta las instrucciones máquina almacenadas en la ;. 2.2ara ello<= Captura las instrucciones de la ;2 " las decodica.= (e!5n el tipo de instrucci,n !enera las seales de control atodas las unidades del computador para poder reali/ar sue6ecuci,n. %n la !ura estasseales se indican mediante tra/os.

= (i la instrucci,n opera con datos de'erá acceder a la ;2para transerirlos a la >.



= 2roporciona las seales necesarias a la > para querealice la operaci,n correspondiente a la instrucci,n.

= Controlará las nidades de Control de %F( si lainstrucci,n accede a al!uno de estos dispositi)os.

= Diene un re!istro apuntador denominado Contador de2ro!rama que en cada instante contiene la direcci,n de lapr,&ima instrucci,n a e6ecutar.

$ nidad de %ntrada&'alida (. %&'.).

= Reali/a la transerencia de inormaci,n con las unidadese&ternas denominadas Periféricos< unidades dealmacenamiento secundario disco duro disquette cintaetcA impresoras terminales etc.

= Generalmente los pro!ramas " los datos tienen untamao ele)ado por lo que no se pueden almacenar porcompleto en la ;2. 2or otra parte el usuario de uncomputador tiene la necesidad de e6ecutar )ariospro!ramas simultáneamente.

2or ello se utili/a la memoria secundaria ;(A que seconsidera como un periérico. >a ;( es más lenta que laprincipal pero tiene una ma"or capacidad dealmacenamiento.

= Como para e6ecutar un pro!rama este de'e estar en la ;.2.la . C. !enera las seales necesarias a la . %F(. paratranserir los datos " los pro!ramas desde la ;.(. a la ;.2.= demás la . %F(. permite otras operaciones como )isuali/aren una pantalla terminalA o imprimir en papel impresoraA losresultados o'tenidos.

$ uses.=demás de las 3 unidades 'ásicas en un computador e&istencon6untos de seales que se denominan 'uses " cu"aunci,n es transerir las instrucciones " los datos entre lasdistintas unidades.=%stos 'uses se representan en la !ura mediante Mechas detra/o continuo. (e suelen distin!uir tres tipos de 'uses<o 9us de direcciones.



o 9us de datos.o 9us de control.

: nidad Central de Proceso (.C.P.).

= %s el con6unto ormado por la .C. los re!istros " la ..>.es decir es el 'loque encar!ado de e6ecutar las instrucciones.= Con la aparici,n de los circuitos inte!rados " en concreto apartir de los aos N cuando la tecnolo!ía alcan/, el ni)el deinte!raci,n adecuado se inte!r, en una sola pástilla la .C.2. este circuito inte!rado se le denominaMicroprocesador .

: bser*ación.

= na orma de determinar el rendimiento de uncomputador es por el n5mero de instrucciones quee6ecuta por se!undo ;+2(A. sí !eneralmente uncomputador con un n5mero ;+2( ele)ado equi)ale adecir que tiene una !ran capacidad de procesamiento.

= l ser la C2 el 'loque encar!ado de la e6ecuci,n delpro!rama tiene que uncionar a la ma"or )elocidadposi'le. 2or ello se implementa con dispositi)ossemiconductores que por los a)ances tecnol,!icos

actuales pueden tra'a6ar a recuencias mu" ele)adasdel orden de 17 ;HOA.= Como la ;2 suministra las instrucciones " los datos a la

C2 tiene que ser tam'ién lo más rápida posi'le por loque se implementa i!ualmente con dispositi)ossemiconductores.

=!! POR QUE SURGIO LA ARQUITECTURA DE ,ONNEUMANN0!

: >a arquitectura de #on $eumann se 'asa en tres conceptos<= >as instrucciones " los datos se almacenan en una

misma memoria de lectura " escritura.= %l contenido de la memoria se direcciona por localidad

es decir por la posici,n que ocupa " no por el tipo dedatos.



= >a e6ecuci,n de las instrucciones es secuencial. 0espuésde una instrucci,n se e6ecuta la u'icada en la si!uienteposici,n de la memoria principal. $o o'stante se puedemodicar el orden de e6ecuci,n mediante instruccionesespecícas.

%+P#,CAC,- D% %'T' CC%PT'.

: Como "a se estudi, en la asi!natura de (istemas 0i!italesse puede implementar cualquier sistema di!ital conectandode la orma adecuada los componentes l,!icos 'ásicospuertas $0 BR $BD etcA. Haciendo el diseo de la ormaadecuada éste puede tener el comportamiento de unamáquina que almacene datos 'inarios " que realice

operaciones aritméticas " l,!icas so're ellos es decir uncomputador elemental.

= 2or tanto un determinado pro'lema se puede resol)erconectando se!5n una con!uraci,n concreta loscomponentes l,!icos 'ásicos.

= (i se considera que el proceso de conectar loscomponentes se!5n una con!uraci,n determinada esuna orma de pro!ramaci,n el pro!rama resultante es5nico " se denomina Programa Cableado.

= %ste sistema soluciona solamente un pro'lemaespecíco por lo que para cada unci,n ha'rá quedisear un determinado sistema. 2or tanto al no serMe&i'le la pro!ramaci,n ca'leada no es recomenda'lesu utili/aci,n en la implementaci,n de sistemas)ersátiles como son los computadores.

= 2or ello una soluci,n más correcta sería construir unsistema con una con!uraci,n de prop,sito !eneral querealice unas operaciones aritméticas " l,!icas concretas.

= >a con!uraci,n de'e ser Me&i'le de orma que permitaespecicar las operaciones a reali/ar so're los datosmediante unas seales de control que podránmodicarse.

: %n la !ura se indican los dos enoques.



: %n esta !ura se introducen dos conceptos mu" utili/ados enel ám'ito de los computadores< /ard0are " soft0are.

= %l concepto sotEare se anali/ará posteriormente.= 2or /ard0are se consideran todos los componentes

ísicos que constitu"en un computador es decircomponentes electr,nicos ca'les conectores ca6as etc.

= 2or tanto la programación cableada es del tipo/ard0are "a que depende de los componentesutili/ados " de c,mo estén conectados entre sí.

2or otra parte los componentes de la con!uraci,n deprop,sito !eneral de

>a !ura estarían incluidos tam'ién dentro del ám'ito delhardEare. sí en>o sucesi)o se ha'lará de hardware de propósito general alreerirse a estaCon!uraci,n.

= (e!5n la !ura el comportamiento del sistema conpro!ramaci,n en

hardEare hardEare personali/adoA consiste en que elsistema acepta datos " produce unos resultados quedependen de la pro!ramaci,n ca'leada reali/ada.

= %n cam'io en el hardEare de prop,sito !eneral de la!ura las )aria'les de entrada al sistema son los datos "las seales de control " por tanto éste produce losresultados en unci,n de am'as seales.



= sí en )e/ de modicar la cone&i,n del hardEare para cadaunci,n s,lo es necesario proporcionar el con6unto adecuadode seales de control.

= hora 'ien ¿cómo se proporcionan las señales de control.= >a soluci,n se o'tiene al anali/ar la estructura de unpro!rama.= %ste en realidad es una secuencia de pasos en cada uno delos cuales se eect5a al!una operaci,n aritmética o l,!icaso're al!uno de los datos.= Cada paso se especica mediante un con6unto concreto deseales de control.= (e!5n lo anterior se puede asi!nar un c,di!o 5nico a cadacon6unto de seales de control " a su )e/ aadir al hardEare

de prop,sito !eneral un 'loque de componentes que aceptelos c,di!os " !enere las seales de control correspondientes.sí se o'tiene el sistema de la !ura 'A.=Con el nue)o hardEare o'tenido para cada pro!rama s,lo esnecesario proporcionar una secuencia de c,di!os en )e/ decam'iar la con!uraci,n de su cone&ionado. %n éste<o Cada c,di!o es una instrucci,n.o %l hardEare incluirá un 'loque que interpretará cadainstrucci,n " !enerará

>as seales de control.o este nue)o método de pro!ramaci,n se le denominasotEare queCorresponde a una secuencia de instrucciones.

= >a !ura 'A muestra los dos componentes principales delsistema< un int!rprete de instrucciones " un módulode funciones aritm!ticas 1 lógicas de prop,sito!eneral. %stos constitu"en la CP.

: (e necesitan otros componentes para implementar unacomputadora )álida.

= 2or una parte se de'en introducir los datos " lasinstrucciones en el sistema.

2ara ello se necesita un m,dulo de entrada cu"a unci,nserá aceptar los datos e instrucciones que estánrepresentados en un determinado c,di!o " con)ertirlos alormato de seales que utili/a internamente el computador.



= demás el computador tiene que )isuali/ar losresultados mediante un m,dulo de salida.

= m'os se denominan Componentes de %&'.= demás de éstos es necesario otro componente.

o %l dispositi)o de entrada introduce las instrucciones " datosen orma secuencial pero un pro!rama no siempre se e6ecutaen ese orden "a que puede saltar a otra instrucci,n.o 2or otra parte una instrucci,n puede necesitar )arios datosa la )e/.o 2or tanto se necesita un componente que almacene deorma temporal tanto las instrucciones como los datos. %stase denomina memoria principal para distin!uirla delalmacenamiento e&terno o de los dispositi)os periéricos.o #on $eumann indic, que la misma memoria podía

almacenar las instrucciones " los datos.= >as instrucciones se leen como datos " se interpretan

como c,di!os para !enerar la seales de control.= >os datos se leen como datos " se manipulan se!5n lasinstrucciones.

!1! DIAGRAMA DE BLOQUES DE LA COMPUTADORABASICA!

: >a C2 captura las instrucciones de la memoria " las e6ecuta.2ara ello necesita )arios re!istros<= 2egistro u3er de Memoria (M2). Contiene el dato quese )a a escri'ir en la memoria o almacena el dato leído deésta.= 2egistro de Dirección de Memoria (MA2). %specica ladirecci,n de memoria de la pala'ra que se )a a escri'ir o leer.= 2egistro de Dirección de %&' (2D%&'). %s similar al ;R.%specica un dispositi)o de %F(.= 2egistro u3er de %&' (2%&'). (eme6ante al ;9R. (eutili/a para intercam'iar datos entre el m,dulo de %F( " laC2.= 2egistro de ,nstrucción (,2). Contiene el c,di!o deoperaci,n de la instrucci,n que se está e6ecutando.= Contador de Programa (PC). Contiene la direcci,n de lasi!uiente instrucci,n



que se 'uscará de la memoria.= Acumulador (Ac). lmacena temporalmente los operandos" los resultados de las operaciones de la >.: >a memoria principal consta de un con6unto de celdas cadauna de las cuales se especica mediante un n5mero 'inariodenominado direcci,n " que tienen un orden secuencial.Cada celda contiene un n5mero 'inario que puede serunainstrucci,n o un dato.: %l m,dulo de %F( transere datos desde los dispositi)ose&ternos periéricosA a la C2 " la memoria " )ice)ersa.Contiene unos 'uPer internos que almacenan temporalmentelos datos a transerir.

!2! FUNCIONAMIENTO DEL COMPUTADOR!

: >a unci,n 'ásica de un computador es e6ecutar unpro!rama. n pro!rama es un con6unto de instruccionesalmacenadas en memoria. >a C2 es la que e6ecuta lasinstrucciones del pro!rama.: %l proceso para e6ecutar una instrucci,n se denomina ciclode instrucción. %ste se descri'e en la !ura si!uiente en laque se puede )er que se compone de dos ases denominadasciclo de b4s5ueda " ciclo de ejecución.

: %l ciclo de instrucci,n empie/a con la '5squeda lecturaA dela instrucci,n de la memoria " termina con la e6ecuci,n de lamisma. 2or tanto la e6ecuci,n de un pro!rama consiste en larepetici,n del proceso anterior es decir de m5ltiples ciclos deinstrucci,n.: (e!5n el tipo de operaci,n se pueden necesitar )ariasoperaciones para e6ecutarla.2or e6emplo si necesita dos operandos que están enmemoria implicará reali/ar dos accesos de lectura de lamemoria durante su e6ecuci,n.

!2!"! CICLOS DE BUSQUEDA 3 EECUCION!

: Ciclo de b4s5ueda.=%n el inicio de cada ciclo de instrucci,n la C2 'usca unainstrucci,n en la memoria. %n la C2 'ásica el re!istro



contador de pro!rama 2CA contiene la direcci,n de lasi!uiente instrucci,n que se 'uscará o capturará de memoria.= no ser que se modique e&presamente la C2 siempreincrementa el 2C después de 'uscar cada instrucci,n por loque 'uscará la pr,&ima instrucci,n de la secuencia es decir lasituada en la si!uiente direcci,n.= (up,n!ase un computador en el que cada instrucci,n ocupauna pala'ra dememoria de 18 'its. (i el contador de pro!rama contiene el)alor -H la C2 'uscará la si!uiente instrucci,n de laposici,n -H. %n los pr,&imos ciclos de instrucci,n 'uscarálas instrucciones de las posiciones -1 -* -- etc.Como "a se coment, esta secuencia se puede )ariarmediante instrucciones especícas.

= 2ara leer la instrucci,n de la memoria principal<1. (e transere el contenido del 2C al ;R.*. %l ;R en)ía la direcci,n a la ;2.-. >a nidad de Control !enera las seales adecuadas paraleer la pala'ra de la ;2.3. >a ;2 pone el dato de la posici,n en el 'us de datos " la Clo almacena en el ;9R.7. >a C transere el contenido del ;9R al +R.= na )e/ almacenada la instrucci,n en el +R termina el ciclo

de '5squeda.

: Ciclo de ejecución.

= Como la instrucci,n se representa mediante un c,di!o'inario ha'rá que+nterpretar ese c,di!o para deducir la operaci,n que de'ereali/ar la C2.= Como después se )erá la instrucci,n se compone de )arioscampos< el c,di!o de operaci,n que especica el tipo deoperaci,n " el de los operandos que indica los datos queutili/ará la instrucci,n.1. >a C interpreta el c,di!o de operaci,n de la instrucci,n.*. %n unci,n de éste la C2 reali/a las operacionesnecesarias para e6ecutar esa instrucci,n. >as operaciones seclasican en 3 !rupos<



o !ransferencia "P#$Memoria. >os datos pueden transerirsede la C2 a lamemoria o )ice)ersa.o !ransferencia "P#$E%&. >os datos pueden transerirse enam'os sentidosentra la C2 " un m,dulo de %F(.o Procesamiento de datos. >a C2 reali/a al!una operaci,naritmética ol,!ica so're los datos.o "ontrol. na instrucci,n puede alterar el orden de e6ecuci,nde un pro!rama. sí la C2 puede 'uscar una instrucci,n enla posici,n 13K " esta puede ser una instrucci,n de salto queuer/a a 'uscar la pr,&ima instrucci,n de la direcci,n 1*. %neste caso la C2 car!ará el 2C con 1* " el si!uiente ciclo de

'5squeda se hará en la posici,n 1* en )e/ de la 17.= %n !eneral para e6ecutar una instrucci,n se de'en com'inar)arias de las acciones anteriores.

!4! CONCLUSIONES!

: >a unci,n que de'e reali/ar un computador se e&presamediante una serie de pasos denominados instruccionesmáquina. %ste proceso se denomina programación.

: Condiciones para que un computador e6ecute un pro!rama<= %l pro!rama de'e e&presarse en lenguaje m65uina.= Danto el pro!rama como los datos de'en estar en la ;2.= (i el pro!rama está en la memoria secundaria de'etranserirse a la ;2. %lpro!rama cargador es el que reali/a esta unci,n.= %l 2C de'e actuali/arse con la direcci,n de comien/o delpro!rama.= Dodo computador necesita un pro!rama denominado'istema perati*o que !aranti/a las tres condicionesanteriores de orma que en cualquier instante se puedae6ecutar cualquier pro!rama " el computador esté en unasituaci,n controlada.

MATERIAL DE CONSULTA RECOMENDADO



• %. lcaldeF4. BrmaecheaFJ. 2ortilloF4. García. rquitecturade Computadores. ;CGraE=Hill.

• ;BRR+( ;$B. rquitectura de Computadores. 2rentice

Hall 1KK3.• ;aria +sa'el García ClementeFRaael ;énde/ Ca)anillas F

;aria >uisa Cordo'a Ca'e/a. %structura deComputadores. la=Bme!a=Rama.

ENLACES DE INTERÉS

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http://es.wikipedia.org/wiki/Hardware




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