微机原理与接口技术（第2版）（21世纪大学本科计算机专业系列教材）

作者: 王克义著

出版社: 清华大学出版社

出版时间: 2016-07

版次: 2

ISBN: 9787302439301

定价: 49.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 375页

字数: 598千字

丛书: 21世纪大学本科计算机专业系列教材

分类: 教材教辅考试>教材>大学教材>工程技术

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本书全面、系统地介绍了现代微型计算机的基本组成、工作原理和典型接口技术，主要内容包括数据在计算机中的表示形式、计算机/微型计算机的组成与结构、微处理器结构、指令系统与汇编语言程序设计、存储器及其接口、输入输出及DMA技术、中断系统、串并行通信及其接口电路、计数/定时技术、模拟接口、总线技术、高性能微处理器的先进技术与典型结构和嵌入式系统与嵌入式处理器等。
本书内容精练，层次清楚，实用性强；在注重讲解基本概念的同时，也十分注意反映微型计算机发展中的新知识、新技术。本书可作为普通高等院校理工科各专业计算机基础课程教材，也可作为自学考试和成人教育以及各类职业学校的教材。

作者简介：王克义，北京大学信息科学技术学院教授、博士生导师。1970年毕业于北京大学，毕业后留校任教至今，长期从事计算机专业的教学与科研工作。曾于1992—1993年在美国乔治•华盛顿大学计算机科学与电子工程系作访问学者；主持和参加多项国家重点科技攻关项目，荣获国家教育部科技进步奖、北京大学科学研究成果奖等奖项。
作者热爱并长期担任一线教学工作，先后被授予“北京市优秀教师”、“北京大学优秀教师”、“北京大学十佳教师”等荣誉称号。负责完成的主干基础课建设项目获北京大学教学成果一等奖，主讲的《微机原理》课程被评为北京市精品课程。出版译著和教材8部。其中， 1部获国家教育部科技进步三等奖， 1部被评为普通高等教育本科国家级规划教材，1部被评为2011年普通高等教育精品教材，2部被评为北京高等教育精品教材。

目录CONTENTS
第1章数在计算机中的表示形式1
1.1机器数与真值1
1.2常见的机器数表示形式2
1.2.1原码2
1.2.2补码3
1.2.3反码4
1.2.4原码、补码和反码之间的转换4
1.2.5移码表示法5
1.2.64种机器数表示形式的比较和小结6
1.3数的定点表示与浮点表示6
1.3.1定点表示法6
1.3.2浮点表示法7
1.4二十进制编码10
1.4.1二十进制编码特点10
1.4.28421码11
1.5二进制信息的计量单位11
习题112
第2章计算机的基本结构与工作过程13
2.1计算机的基本结构13
2.1.1冯·诺依曼计算机基本结构13
2.1.2计算机的基本组成框图及功能部件简介14
2.2计算机的工作流程17
2.2.1指令与程序17
2.2.2计算机的基本工作流程18
2.3计算机系统的组成20
2.3.1硬件与软件20
2.3.2计算机系统的基本组成21目录微机原理与接口技术(第2版)2.4微型计算机的分类及主要技术指标22
2.4.1微型计算机的分类22
2.4.2微型计算机的主要技术指标23
2.5微型计算机的基本结构及系统组成24
2.5.1微型计算机基本结构24
2.5.2微型计算机的系统组成25
习题226
第3章微处理器的编程结构27
3.1微处理器的工作模式27
3.1.1实模式28
3.1.2保护模式28
3.1.3虚拟8086模式28
3.2微处理器的编程结构28
3.2.1程序可见寄存器28
3.2.280x86/Pentium处理器的寄存器模型29
3.3微处理器的寻址机制33
3.3.1存储器分段技术33
3.3.2实模式下的存储器寻址34
3.3.3堆栈38
习题339
第4章寻址方式与指令系统40
4.1寻址方式40
4.1.1数据寻址方式40
4.1.2转移地址寻址方式46
4.2指令编码47
4.2.1指令编码格式48
4.2.2指令编码举例50
4.38086指令系统51
4.3.1数据传送指令51
4.3.2算术运算指令57
4.3.3逻辑运算与移位指令68
4.3.4串操作指令71
4.3.5转移指令75
4.3.6处理器控制指令81
4.480286～Pentium指令系统82
习题483
第5章汇编语言的基本语法84
5.1汇编语言的特点84
5.2汇编语言程序结构和基本语法85
5.2.1示例程序85
5.2.2基本概念86
5.2.3指令语句92
5.2.4伪指令语句95
5.2.5宏指令102
5.2.6简化段定义105
5.3ROM BIOS中断调用和DOS系统功能调用106
5.3.1ROM BIOS中断调用106
5.3.2DOS系统功能调用107
5.4汇编语言程序的上机调试107
5.4.1建立源文件107
5.4.2汇编108
5.4.3连接110
5.4.4运行111
5.4.5调试112
习题5115
第6章汇编语言程序设计及应用118
6.1汇编语言程序设计的基本方法118
6.1.1程序设计的基本步骤118
6.1.2程序的基本结构形式119
6.1.3子程序设计121
6.2汇编语言的编程应用123
6.2.1I/O与通信123
6.2.2声音与时钟124
6.2.3乐曲程序126
6.2.4键盘I/O129
6.2.5鼠标器编程131
6.2.6图形显示134
6.3Windows环境下汇编语言程序设计137
6.3.1Windows API函数137
6.3.2动态链接库138
6.3.3指令集选择138
6.3.4工作模式选择138
6.3.5函数的原型定义139
6.3.6Windows应用程序的基本结构框架139
6.3.7Win32汇编语言应用程序实例140
6.3.8MASM 32汇编与连接命令141
6.4汇编语言与高级语言的混合编程141
6.4.1内嵌汇编142
6.4.2在C程序中直接调用汇编子程序143
6.4.3汇编语言程序调用C函数146
习题6146
第7章微处理器的内部结构及外部功能特性148
7.1微处理器的内部结构及相关技术148
7.1.1总线接口单元BIU148
7.1.2指令cache与数据cache149
7.1.3超标量流水线结构149
7.1.4动态转移预测及转移目标缓冲器BTB151
7.1.5指令预取器和预取缓冲器152
7.1.6指令译码器153
7.1.7执行单元153
7.1.8浮点处理单元153
7.1.9控制单元154
7.2微处理器的外部功能特性154
7.2.1微处理器的外部引脚信号154
7.2.2微处理器的总线时序159
习题7163
第8章存储器及其接口165
8.1概述165
8.1.1存储系统的层次结构165
8.1.2存储器的性能指标167
8.1.3内存储器的基本结构及其数据存储格式167
8.2半导体存储器的结构及工作原理169
8.2.1可读写存储器169
8.2.2只读存储器179
8.3存储器接口185
8.3.1存储器接口中的片选控制185
8.3.2存储器接口分析与设计举例187
8.3.3双端口存储器189
8.4高速缓存190
8.4.1基本原理190
8.4.2组织方式192
8.4.3更新方式及替换算法193
8.5虚拟存储器195
8.5.1虚拟存储器的工作原理195
8.5.280x86的虚拟存储技术196
习题8198
第9章I/O接口技术200
9.1I/O接口概述200
9.1.1I/O接口的基本功能200
9.1.2I/O接口的基本结构201
9.1.3I/O端口的编址方式202
9.1.4I/O接口的地址译码及片选信号的产生203
9.1.5I/O指令204
9.2I/O控制方式204
9.2.1程序控制方式204
9.2.2中断控制方式206
9.2.3DMA方式207
9.3DMA技术208
9.3.1DMA控制器的基本功能208
9.3.2DMA控制器的一般结构208
9.3.3DMA控制器的工作方式210
9.3.4DMA工作过程211
9.3.5可编程DMA控制器8237212
9.4中断系统212
9.4.1基本概念212
9.4.280x86实模式的中断系统215
9.4.3可编程中断控制器8259A221
9.4.4中断服务程序设计221
习题9225
第10章并行通信及其接口电路226
10.1可编程并行接口的组成及工作过程226
10.1.1可编程并行接口的组成及其与CPU和外设的连接226
10.1.2可编程并行接口的数据输入输出过程227
10.2可编程并行接口8255A228
10.2.18255A的性能概要228
10.2.28255A芯片引脚分配及引脚信号说明228
10.2.38255A内部结构框图229
10.2.48255A的控制字230
10.2.58255A的工作方式231
10.2.68255A的状态字236
10.2.78255A应用举例237
习题10239
第11章串行通信及其接口电路241
11.1串行通信241
11.1.1串行通信的特点241
11.1.2串行通信涉及的常用术语和基本概念242
11.2串行通信接口标准246
11.2.1RS232C246
11.2.2RS485247
11.3可编程串行通信接口8251A248
11.3.1USART248
11.3.28251A的基本功能和工作原理248
11.3.38251A对外接口信号251
11.3.48251A的编程253
11.3.58251A应用举例257
习题11259
第12章计数/定时技术260
12.1概述260
12.2可编程计数器/定时器8253260
12.2.18253的主要功能260
12.2.28253的结构框图261
12.2.38253的引脚262
12.2.48253的工作方式263
12.2.58253的初始化编程268
12.2.68253的读出操作271
12.38253的应用272
习题12275
第13章D/A和A/D转换器276
13.1计算机自动控制系统中的D/A和A/D转换276
13.2D/A转换器277
13.2.1D/A转换器的工作原理277
13.2.2D/A转换器的主要技术指标280
13.2.3D/A转换器芯片281
13.2.4D/A转换器芯片与微处理器的接口283
13.2.5D/A转换器的应用284
13.3A/D转换器285
13.3.1基本概念285
13.3.2A/D转换器的工作原理287
13.3.3A/D转换器的主要技术指标288
13.3.4A/D转换器芯片289
13.3.5A/D转换器芯片与微处理器的接口290
习题13293
第14章总线技术295
14.1概述295
14.1.1总线295
14.1.2总线的分类296
14.1.3总线标准297
14.1.4总线仲裁298
14.2PCI总线299
14.2.1概述299
14.2.2PCI总线的结构及特点299
14.3USB总线301
14.3.1USB概述301
14.3.2USB的拓扑结构302
14.3.3USB线缆及连接器302
14.4高速总线接口IEEE 1394303
14.5CAN总线304
14.5.1CAN总线概述304
14.5.2CAN总线特性305
14.5.3CAN总线的相关概念和技术305
14.5.4CAN通信协议的帧结构307
14.5.5CAN总线位的数值表示309
14.5.6CAN总线传输距离与传输速率的关系310
14.5.7CAN总线的应用310
习题14311
第15章高性能微处理器的先进技术及典型结构312
15.1高性能微处理器所采用的先进技术312
15.1.1指令级并行312
15.1.2超标量技术313
15.1.3超长指令字结构314
15.1.4超级流水线技术314
15.1.5RISC技术315
15.2高性能微处理器举例316
15.2.164位处理器Alpha 21064317
15.2.2Itanium处理器——IA64架构的开放硬件平台318
15.3多核处理器简介321
15.3.1复杂单处理器结构所遇到的挑战321
15.3.2多核处理器的出现321
15.3.3多核处理器结构的主要特点322
15.4现代PC主板典型结构323
15.4.1芯片组、桥芯片及接口插座323
15.4.2Pentium PC主板结构324
15.4.3Pentium 4 PC主板的I/O组织结构325
习题15326
第16章嵌入式系统与嵌入式处理器327
16.1嵌入式系统概述327
16.1.1嵌入式系统简介327
16.1.2嵌入式系统的组成327
16.2嵌入式处理器329
16.2.1ARM系列处理器329
16.2.2Intel 8051系列微控制器330
16.3ARM体系结构331
16.3.1ARM处理器的工作状态331
16.3.2ARM处理器的运行模式331
16.3.3ARM处理器的内部寄存器332
16.3.4ARM处理器的异常处理机制335
16.4ARM指令系统336
16.4.1ARM指令系统的主要特点336
16.4.2ARM指令的基本格式337
16.4.3ARM指令的寻址方式338
16.4.4ARM指令简介340
16.4.5ARM指令系统与Thumb指令系统的比较346
16.5ARM汇编语言程序设计347
16.5.1ARM伪操作347
16.5.2ARM伪指令350
16.5.3ARM汇编语言语句格式352
16.5.4ARM汇编语言程序结构352
16.5.5ARM汇编语言程序设计示例353
习题16354
附录ADOS功能调用（INT 21H）（节选）355
附录BBIOS中断调用（节选）357
附录C调试程序DEBUG的使用358
部分习题参考答案362
参考文献376
内容简介:
本书全面、系统地介绍了现代微型计算机的基本组成、工作原理和典型接口技术，主要内容包括数据在计算机中的表示形式、计算机/微型计算机的组成与结构、微处理器结构、指令系统与汇编语言程序设计、存储器及其接口、输入输出及DMA技术、中断系统、串并行通信及其接口电路、计数/定时技术、模拟接口、总线技术、高性能微处理器的先进技术与典型结构和嵌入式系统与嵌入式处理器等。
本书内容精练，层次清楚，实用性强；在注重讲解基本概念的同时，也十分注意反映微型计算机发展中的新知识、新技术。本书可作为普通高等院校理工科各专业计算机基础课程教材，也可作为自学考试和成人教育以及各类职业学校的教材。
作者简介:
作者简介：王克义，北京大学信息科学技术学院教授、博士生导师。1970年毕业于北京大学，毕业后留校任教至今，长期从事计算机专业的教学与科研工作。曾于1992—1993年在美国乔治•华盛顿大学计算机科学与电子工程系作访问学者；主持和参加多项国家重点科技攻关项目，荣获国家教育部科技进步奖、北京大学科学研究成果奖等奖项。
作者热爱并长期担任一线教学工作，先后被授予“北京市优秀教师”、“北京大学优秀教师”、“北京大学十佳教师”等荣誉称号。负责完成的主干基础课建设项目获北京大学教学成果一等奖，主讲的《微机原理》课程被评为北京市精品课程。出版译著和教材8部。其中， 1部获国家教育部科技进步三等奖， 1部被评为普通高等教育本科国家级规划教材，1部被评为2011年普通高等教育精品教材，2部被评为北京高等教育精品教材。
目录:
目录CONTENTS
第1章数在计算机中的表示形式1
1.1机器数与真值1
1.2常见的机器数表示形式2
1.2.1原码2
1.2.2补码3
1.2.3反码4
1.2.4原码、补码和反码之间的转换4
1.2.5移码表示法5
1.2.64种机器数表示形式的比较和小结6
1.3数的定点表示与浮点表示6
1.3.1定点表示法6
1.3.2浮点表示法7
1.4二十进制编码10
1.4.1二十进制编码特点10
1.4.28421码11
1.5二进制信息的计量单位11
习题112
第2章计算机的基本结构与工作过程13
2.1计算机的基本结构13
2.1.1冯·诺依曼计算机基本结构13
2.1.2计算机的基本组成框图及功能部件简介14
2.2计算机的工作流程17
2.2.1指令与程序17
2.2.2计算机的基本工作流程18
2.3计算机系统的组成20
2.3.1硬件与软件20
2.3.2计算机系统的基本组成21目录微机原理与接口技术(第2版)2.4微型计算机的分类及主要技术指标22
2.4.1微型计算机的分类22
2.4.2微型计算机的主要技术指标23
2.5微型计算机的基本结构及系统组成24
2.5.1微型计算机基本结构24
2.5.2微型计算机的系统组成25
习题226
第3章微处理器的编程结构27
3.1微处理器的工作模式27
3.1.1实模式28
3.1.2保护模式28
3.1.3虚拟8086模式28
3.2微处理器的编程结构28
3.2.1程序可见寄存器28
3.2.280x86/Pentium处理器的寄存器模型29
3.3微处理器的寻址机制33
3.3.1存储器分段技术33
3.3.2实模式下的存储器寻址34
3.3.3堆栈38
习题339
第4章寻址方式与指令系统40
4.1寻址方式40
4.1.1数据寻址方式40
4.1.2转移地址寻址方式46
4.2指令编码47
4.2.1指令编码格式48
4.2.2指令编码举例50
4.38086指令系统51
4.3.1数据传送指令51
4.3.2算术运算指令57
4.3.3逻辑运算与移位指令68
4.3.4串操作指令71
4.3.5转移指令75
4.3.6处理器控制指令81
4.480286～Pentium指令系统82
习题483
第5章汇编语言的基本语法84
5.1汇编语言的特点84
5.2汇编语言程序结构和基本语法85
5.2.1示例程序85
5.2.2基本概念86
5.2.3指令语句92
5.2.4伪指令语句95
5.2.5宏指令102
5.2.6简化段定义105
5.3ROM BIOS中断调用和DOS系统功能调用106
5.3.1ROM BIOS中断调用106
5.3.2DOS系统功能调用107
5.4汇编语言程序的上机调试107
5.4.1建立源文件107
5.4.2汇编108
5.4.3连接110
5.4.4运行111
5.4.5调试112
习题5115
第6章汇编语言程序设计及应用118
6.1汇编语言程序设计的基本方法118
6.1.1程序设计的基本步骤118
6.1.2程序的基本结构形式119
6.1.3子程序设计121
6.2汇编语言的编程应用123
6.2.1I/O与通信123
6.2.2声音与时钟124
6.2.3乐曲程序126
6.2.4键盘I/O129
6.2.5鼠标器编程131
6.2.6图形显示134
6.3Windows环境下汇编语言程序设计137
6.3.1Windows API函数137
6.3.2动态链接库138
6.3.3指令集选择138
6.3.4工作模式选择138
6.3.5函数的原型定义139
6.3.6Windows应用程序的基本结构框架139
6.3.7Win32汇编语言应用程序实例140
6.3.8MASM 32汇编与连接命令141
6.4汇编语言与高级语言的混合编程141
6.4.1内嵌汇编142
6.4.2在C程序中直接调用汇编子程序143
6.4.3汇编语言程序调用C函数146
习题6146
第7章微处理器的内部结构及外部功能特性148
7.1微处理器的内部结构及相关技术148
7.1.1总线接口单元BIU148
7.1.2指令cache与数据cache149
7.1.3超标量流水线结构149
7.1.4动态转移预测及转移目标缓冲器BTB151
7.1.5指令预取器和预取缓冲器152
7.1.6指令译码器153
7.1.7执行单元153
7.1.8浮点处理单元153
7.1.9控制单元154
7.2微处理器的外部功能特性154
7.2.1微处理器的外部引脚信号154
7.2.2微处理器的总线时序159
习题7163
第8章存储器及其接口165
8.1概述165
8.1.1存储系统的层次结构165
8.1.2存储器的性能指标167
8.1.3内存储器的基本结构及其数据存储格式167
8.2半导体存储器的结构及工作原理169
8.2.1可读写存储器169
8.2.2只读存储器179
8.3存储器接口185
8.3.1存储器接口中的片选控制185
8.3.2存储器接口分析与设计举例187
8.3.3双端口存储器189
8.4高速缓存190
8.4.1基本原理190
8.4.2组织方式192
8.4.3更新方式及替换算法193
8.5虚拟存储器195
8.5.1虚拟存储器的工作原理195
8.5.280x86的虚拟存储技术196
习题8198
第9章I/O接口技术200
9.1I/O接口概述200
9.1.1I/O接口的基本功能200
9.1.2I/O接口的基本结构201
9.1.3I/O端口的编址方式202
9.1.4I/O接口的地址译码及片选信号的产生203
9.1.5I/O指令204
9.2I/O控制方式204
9.2.1程序控制方式204
9.2.2中断控制方式206
9.2.3DMA方式207
9.3DMA技术208
9.3.1DMA控制器的基本功能208
9.3.2DMA控制器的一般结构208
9.3.3DMA控制器的工作方式210
9.3.4DMA工作过程211
9.3.5可编程DMA控制器8237212
9.4中断系统212
9.4.1基本概念212
9.4.280x86实模式的中断系统215
9.4.3可编程中断控制器8259A221
9.4.4中断服务程序设计221
习题9225
第10章并行通信及其接口电路226
10.1可编程并行接口的组成及工作过程226
10.1.1可编程并行接口的组成及其与CPU和外设的连接226
10.1.2可编程并行接口的数据输入输出过程227
10.2可编程并行接口8255A228
10.2.18255A的性能概要228
10.2.28255A芯片引脚分配及引脚信号说明228
10.2.38255A内部结构框图229
10.2.48255A的控制字230
10.2.58255A的工作方式231
10.2.68255A的状态字236
10.2.78255A应用举例237
习题10239
第11章串行通信及其接口电路241
11.1串行通信241
11.1.1串行通信的特点241
11.1.2串行通信涉及的常用术语和基本概念242
11.2串行通信接口标准246
11.2.1RS232C246
11.2.2RS485247
11.3可编程串行通信接口8251A248
11.3.1USART248
11.3.28251A的基本功能和工作原理248
11.3.38251A对外接口信号251
11.3.48251A的编程253
11.3.58251A应用举例257
习题11259
第12章计数/定时技术260
12.1概述260
12.2可编程计数器/定时器8253260
12.2.18253的主要功能260
12.2.28253的结构框图261
12.2.38253的引脚262
12.2.48253的工作方式263
12.2.58253的初始化编程268
12.2.68253的读出操作271
12.38253的应用272
习题12275
第13章D/A和A/D转换器276
13.1计算机自动控制系统中的D/A和A/D转换276
13.2D/A转换器277
13.2.1D/A转换器的工作原理277
13.2.2D/A转换器的主要技术指标280
13.2.3D/A转换器芯片281
13.2.4D/A转换器芯片与微处理器的接口283
13.2.5D/A转换器的应用284
13.3A/D转换器285
13.3.1基本概念285
13.3.2A/D转换器的工作原理287
13.3.3A/D转换器的主要技术指标288
13.3.4A/D转换器芯片289
13.3.5A/D转换器芯片与微处理器的接口290
习题13293
第14章总线技术295
14.1概述295
14.1.1总线295
14.1.2总线的分类296
14.1.3总线标准297
14.1.4总线仲裁298
14.2PCI总线299
14.2.1概述299
14.2.2PCI总线的结构及特点299
14.3USB总线301
14.3.1USB概述301
14.3.2USB的拓扑结构302
14.3.3USB线缆及连接器302
14.4高速总线接口IEEE 1394303
14.5CAN总线304
14.5.1CAN总线概述304
14.5.2CAN总线特性305
14.5.3CAN总线的相关概念和技术305
14.5.4CAN通信协议的帧结构307
14.5.5CAN总线位的数值表示309
14.5.6CAN总线传输距离与传输速率的关系310
14.5.7CAN总线的应用310
习题14311
第15章高性能微处理器的先进技术及典型结构312
15.1高性能微处理器所采用的先进技术312
15.1.1指令级并行312
15.1.2超标量技术313
15.1.3超长指令字结构314
15.1.4超级流水线技术314
15.1.5RISC技术315
15.2高性能微处理器举例316
15.2.164位处理器Alpha 21064317
15.2.2Itanium处理器——IA64架构的开放硬件平台318
15.3多核处理器简介321
15.3.1复杂单处理器结构所遇到的挑战321
15.3.2多核处理器的出现321
15.3.3多核处理器结构的主要特点322
15.4现代PC主板典型结构323
15.4.1芯片组、桥芯片及接口插座323
15.4.2Pentium PC主板结构324
15.4.3Pentium 4 PC主板的I/O组织结构325
习题15326
第16章嵌入式系统与嵌入式处理器327
16.1嵌入式系统概述327
16.1.1嵌入式系统简介327
16.1.2嵌入式系统的组成327
16.2嵌入式处理器329
16.2.1ARM系列处理器329
16.2.2Intel 8051系列微控制器330
16.3ARM体系结构331
16.3.1ARM处理器的工作状态331
16.3.2ARM处理器的运行模式331
16.3.3ARM处理器的内部寄存器332
16.3.4ARM处理器的异常处理机制335
16.4ARM指令系统336
16.4.1ARM指令系统的主要特点336
16.4.2ARM指令的基本格式337
16.4.3ARM指令的寻址方式338
16.4.4ARM指令简介340
16.4.5ARM指令系统与Thumb指令系统的比较346
16.5ARM汇编语言程序设计347
16.5.1ARM伪操作347
16.5.2ARM伪指令350
16.5.3ARM汇编语言语句格式352
16.5.4ARM汇编语言程序结构352
16.5.5ARM汇编语言程序设计示例353
习题16354
附录ADOS功能调用（INT 21H）（节选）355
附录BBIOS中断调用（节选）357
附录C调试程序DEBUG的使用358
部分习题参考答案362
参考文献376

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微机原理与接口技术（第2版）（21世纪大学本科计算机专业系列教材）

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