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文檔簡介

1、計算機的硬件組成 運算器 控制器 存儲器 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備第1頁/共68頁存儲器 存儲單元:存儲器中的單個存儲位置。 存儲單元地址:存儲單元在計算機主存中的相對位置。 存儲單元內(nèi)容:存放在存儲單元中的信息,可以是程序指令或信息。 第2頁/共68頁存儲器 字節(jié):存儲單個字符所需的存儲器容量。 位:二進制數(shù)字,0或1。 二進制數(shù):由0和1數(shù)字序列構(gòu)成的數(shù),以2為基數(shù)。 數(shù)據(jù)存儲:對存儲單元的每一位賦值0或1,同時覆蓋該單元原有內(nèi)容。 數(shù)據(jù)讀?。簭?fù)制存儲單元內(nèi)容到另一個存儲區(qū)域,原存儲單元內(nèi)容保持不變。 第3頁/共68頁存儲器 存儲器可以分成主存儲器和輔助存儲設(shè)備(即內(nèi)存和外存)。 主存用來暫時存

2、放正在參與運算的程序、數(shù)據(jù)和結(jié)果,可直接與運算器、控制器交換信息,存儲速度快,但制造成本較高,因此容量一般都不太大。而且在計算機斷電以后,主存中的數(shù)據(jù)一般都會丟失。 輔助存儲設(shè)備,可長期存儲數(shù)據(jù)且成本低。但輔助存儲器不能直接和運算器、控制器交換數(shù)據(jù)。 輔助存儲器在斷電后仍能保存數(shù)據(jù)的設(shè)備,比如硬盤或U盤。第4頁/共68頁處理器 中央處理器是由運算器和控制器兩部分組成。 運算器是進行運算的部件,它在控制器的控制下執(zhí)行程序中的指令,完成各種運算,有算術(shù)運算、邏輯運算、比較運算、移位運算以及字符運算等。 控制器是按指令的要求協(xié)調(diào)各部件有序工作的設(shè)備。馮諾依曼結(jié)構(gòu)的計算機都采用“存儲程序”的思想,將要

3、求計算機執(zhí)行的指令序列(程序)先存入存儲器,再由控制器依次讀取并執(zhí)行??刂破饔沙绦蛴嫈?shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序控制電路以及微操作控制電路等組成。 CPU協(xié)調(diào)所有的計算機操作,并實現(xiàn)計算機各類運算。 存儲程序:計算機在主存中存儲程序指令以便運行的能力。第5頁/共68頁輸入輸出設(shè)備 輸入設(shè)備用于收集輸入數(shù)據(jù),并把它們轉(zhuǎn)化為計算機可以處理的形式。輸入設(shè)備不管收集的是字母、數(shù)字、聲音還是圖像,最終都轉(zhuǎn)化為二進制代碼。 輸出設(shè)備用于輸出計算機的處理結(jié)果,以用戶預(yù)期的形式展示出來,是輸入設(shè)備的逆過程,它將一串串二進制代碼轉(zhuǎn)換為文字、圖表、聲音、圖像等。第6頁/共68頁計算機工作過程 指令是計算機能

4、執(zhí)行的一種具體操作。 指令的具體執(zhí)行過程是:1、取指令:控制器到內(nèi)存中讀取指令,送往指令寄存器。2、譯指令:指令譯碼器分析指令,明確做何操作,操作數(shù)是哪個,結(jié)果放到哪里。3、執(zhí)行指令:由操作控制線路控制,到內(nèi)存中讀取操作數(shù),通過運算器的算術(shù)、邏輯運算部件進行相應(yīng)的運算,把中間結(jié)果放到運算器的寄存器中,或?qū)⒆罱K結(jié)果放到內(nèi)存的指定位置或送到輸出設(shè)備。 第7頁/共68頁計算機工作過程第8頁/共68頁計算機工作過程第9頁/共68頁計算機工作過程第10頁/共68頁計算機的運算基礎(chǔ) 命題是一個有具體意義且能夠判斷真假的陳述句。 比如有兩個原子命題,分別用A和B兩個符號來表示: A:李平擅長唱歌 B:李平擅

5、長跳舞 將A和B通過連接詞“”復(fù)合后,如果A和B的值是真的(即AB為真),此時的推理結(jié)論是:李平是個能歌善舞的人。如果A和B有一個是假的(即AB為假),推理的結(jié)論是:李平不是一個能歌善舞的人。 命題之間的這種關(guān)系,就像普通代數(shù)一樣,命題A、B相當(dāng)于代數(shù)中的變量,兩者之間的連接詞“”相當(dāng)于代數(shù)中的運算符。命題代數(shù)的運算過程,就是一個從前提到結(jié)論的推理過程。 英國數(shù)學(xué)家喬治布爾在數(shù)理邏輯的基礎(chǔ)上,創(chuàng)立了邏輯代數(shù),又稱布爾代數(shù)。 因為邏輯變量的取值只有“真”或“假”,通常表示成“0”和“1”,剛好可以用電子器件的高電平和低電平或是“通路”和“斷路”這兩種狀態(tài)信息來表示。1938年,香農(nóng)將邏輯代數(shù)直接

6、應(yīng)用于開關(guān)電路,為計算機的邏輯電路的設(shè)計奠定了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。第11頁/共68頁計算機的運算基礎(chǔ) 十進制 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9, “逢10進1” ?;鶖?shù)為10。 二進制 0、1,“逢2進1”?;鶖?shù)為2。 二進制加法的運算規(guī)則為: 0+0=1 0+1=1 1+0=1 1+1=10 二進制乘法的運算規(guī)則為: 0*0=0 0*1=0 1*0=0 1*1=121012321202120212101.11012101210510510710610355.367第12頁/共68頁計算機的運算基礎(chǔ) 八進制 0、1、2、3、4、5、6、7,“逢8進1” ?;鶖?shù)為8。 十六進制 0、1、2、3、4、

7、5、6、7、8、9和符號A、B、C、D、E、F,其中A、B、C、D、E、F分別代表十進制中的10、11、12、13、14、15。 “逢16進1” ,基數(shù)為16。21012868281838726.73101231615161161016313FA第13頁/共68頁計算機的運算基礎(chǔ)第14頁/共68頁計算機的運算基礎(chǔ)(1)十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進制整數(shù) “除基取余”法,即將十進制整數(shù)逐次除以需轉(zhuǎn)換成的那種數(shù)制的基數(shù),直到商為0為止。然后將所得到的余數(shù)自下而上排列即可。 第15頁/共68頁計算機的運算基礎(chǔ) (2)十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進制小數(shù) “乘基取整”法,即將十進制小數(shù)依次乘以需轉(zhuǎn)換成的那種數(shù)制的基

8、數(shù),直到乘積的小數(shù)部分為0,然后將所得到的整數(shù)自上而下排列即可 第16頁/共68頁計算機的運算基礎(chǔ) (3)非十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 【例1-7】將二進制數(shù)11001011.1001轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。 解: (101011.1001)2=125+024+123+022+121+120+12-1+02-2+02-3+12-4 =32+0+8+0+2+1+0.5+0+0+0.0625 =(43.5625)10第17頁/共68頁計算機的運算基礎(chǔ)【例1-9】將十六進制數(shù)1E2轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。 解: (1E2)8=1162+14161+2160 =256+224+2=(482)10第18頁/共68頁計算機的

9、運算基礎(chǔ) (4)二進制數(shù)與八進制數(shù)、十六進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 【例1-10】將二進制數(shù)10101100011.101110001轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)。 解:(10101100011.101110001)2 = (010 101 100 011.101 110 001)2= (2543.561)8【例1-11】將二進制數(shù)1101011001.11001轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)。 解:(1101011001.11001)2= (0011 0101 1001.1100 1000)2=(359.C8)16第19頁/共68頁計算機軟件 軟件:與計算機相關(guān)的程序集合。 第20頁/共68頁計算機軟件 操作系統(tǒng):控制用戶和計算

10、機交互,并管理計算機資源分配的軟件。第21頁/共68頁計算機軟件 1、機器語言 用二進制代碼表示的計算機能直接識別和執(zhí)行的一種機器指令的集合,是由計算機的硬件結(jié)構(gòu)決定的操作功能。機器語言沒有標(biāo)準(zhǔn)化,不同類型的CPU具有不同的機器語言。 2、匯編語言 匯編語言仍是面向機器的低級語言,對硬件可進行直接操作且運行速度高。但它在某種程度上比機器語言具有更強的可讀性。 3、高級語言 高級語言是以人類的日常語言為基礎(chǔ)的一種編程語言,它獨立于計算機的類型,遵循人類的思維習(xí)慣,將代數(shù)表達式和專用英文符號組合在一起,采用更易于理解的表達方式,大大提高了程序的可讀性。 第22頁/共68頁計算機軟件第23頁/共68

11、頁計算機軟件第24頁/共68頁算法描述和程序設(shè)計基礎(chǔ) 算法是數(shù)學(xué)及其應(yīng)用的重要組成部分,是計算機科學(xué)的重要基礎(chǔ)。 程序設(shè)計以算法為依托,充分利用計算機強大的計算能力,將以算法為指導(dǎo)的人工運算轉(zhuǎn)化為機器運算,極大地拓展了人腦的計算能力。第25頁/共68頁 一個程序應(yīng)包括兩方面內(nèi)容 對數(shù)據(jù)的描述 在程序中要指定數(shù)據(jù)的類型和數(shù)據(jù)的組織形式,即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 對操作的描述 即對數(shù)據(jù)的操作處理步驟,也就是算法。程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法 程序是用計算機語言表示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算程序是用計算機語言表示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。程序設(shè)計是通過分析問題、確定算法、編法。程序設(shè)計是通過分析問題、確定算法、編程求解等步驟來解決問題的過

12、程。程求解等步驟來解決問題的過程。算法描述和程序設(shè)計基礎(chǔ)第26頁/共68頁算法定義算法是解題的步驟,可定義為求解一確定問題的任意一種特殊方法。 特點有窮性:一個算法必須在執(zhí)行有窮個計算步驟后終止。確定性:一個算法給出的每個計算步驟必須是精確定義,無二義性??尚行裕核惴ㄖ忻枋龅牟僮鞫伎梢酝ㄟ^已實現(xiàn)的基本運算執(zhí)行有限次 來完成。輸 入:一個算法有零個或多個輸入,這些輸入信息是算法所需的初 始數(shù)據(jù)。輸 出:一個算法有一個或多個輸出,這些信息是對輸入信息計算的 結(jié)果。第27頁/共68頁算法設(shè)計要求正確性:程序不含有語法錯誤;程序?qū)τ趲捉M輸入數(shù)據(jù)能夠得出滿足規(guī)格說明要求的結(jié)果;程序?qū)τ诰倪x擇的典型、苛

13、刻而帶有刁難性的幾組輸入數(shù)據(jù)能夠得出滿足規(guī)格說明要求的結(jié)果;程序?qū)τ谝磺泻戏ǖ妮斎霐?shù)據(jù)都能產(chǎn)生滿足規(guī)格說明要求的結(jié)果??勺x性:便于人閱讀。健壯性:對于非法輸入算法有一定的適應(yīng)性。高效率與低存儲量需求:效率指算法執(zhí)行時間,對于解決同一問題的多個算法,執(zhí)行時間短的算法效率高;存儲量需求指算法執(zhí)行過程中所需要的最大存儲空間。第28頁/共68頁計算機程序設(shè)計順序結(jié)構(gòu):是最簡單明了的基本結(jié)構(gòu)。選擇結(jié)構(gòu):又稱分支結(jié)構(gòu)。第29頁/共68頁計算機程序設(shè)計循環(huán)結(jié)構(gòu):也稱重復(fù)結(jié)構(gòu),指算法中含有重復(fù)的步驟。第30頁/共68頁算法描述自然語言用人類語言對算法步驟進行概括 容易理解,但不夠精確,容易產(chǎn)生二義性圖形描述程

14、序流程圖、N-S盒圖、PAD圖等算法語言偽代碼或程序設(shè)計語言等第31頁/共68頁程序流程圖 程序流程圖又稱程序框圖,或簡稱流程圖,是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會制定的一種算法描述方法,是一種用規(guī)定的圖形、指向線及文字說明來準(zhǔn)確、直觀地表示算法的圖形。符號名稱意義起止框表示一個算法的開始和結(jié)束表示一個算法的開始和結(jié)束輸入輸出框表示一個算法中的輸入輸出信息表示一個算法中的輸入輸出信息處理框表示算法中的處理,例如賦值、計算等表示算法中的處理,例如賦值、計算等判斷框判斷某一條件是否成立,成立時在出口處標(biāo)判斷某一條件是否成立,成立時在出口處標(biāo)明明“是是”或或“Yes”,反之標(biāo)明,反之標(biāo)明“否否”或或“No”流程

15、線表示算法中步驟的執(zhí)行方向表示算法中步驟的執(zhí)行方向連接點表示整個流程圖分成幾部分時相互的連接處表示整個流程圖分成幾部分時相互的連接處注釋框?qū)λ惴ㄖ械牟襟E做進一步的解釋說明對算法中的步驟做進一步的解釋說明第32頁/共68頁該算法的功能?計算1+3+99結(jié)束i = 1s = 0i Max成立不成立i自身加1該算法的功能?幾個學(xué)生?求10個學(xué)生某門課的最高成績。Max的作用?存放當(dāng)前的最大值N-S盒圖第37頁/共68頁N-S盒圖第38頁/共68頁偽代碼描述程序流程圖和N-S盒圖的表示方法雖然直觀,但畫起來比較麻煩,不太適合改動較多的場合。第39頁/共68頁偽代碼表示是介于自然語言和程序設(shè)計語言之間的

16、一種算法表示,易于修改,也方便轉(zhuǎn)化為具體的程序語言來實現(xiàn)。max賦值為賦值為-1,i賦值為賦值為1做下面的循環(huán)操作直到做下面的循環(huán)操作直到i大于大于10;循環(huán)操作開始:循環(huán)操作開始:1. x接受當(dāng)前成績輸入;接受當(dāng)前成績輸入;2. 如果如果x大于大于max,則,則 把當(dāng)前把當(dāng)前x的值賦值給的值賦值給max 否則否則 不做任何操作不做任何操作3. i自增自增1循環(huán)操作結(jié)束。循環(huán)操作結(jié)束。輸出輸出max中的最高成績中的最高成績求最高成績的偽代碼偽代碼描述第40頁/共68頁信息信息表示與處理(補充)信息表示與處理(補充) 表示一定意義的符號的集合,即信號。它表示一定意義的符號的集合,即信號。它可以是

17、數(shù)字、文字、圖形、圖像、動畫、可以是數(shù)字、文字、圖形、圖像、動畫、聲音等,是人們用以對客觀世界直接進行聲音等,是人們用以對客觀世界直接進行描述。描述。 無處不在無處不在 可傳遞性和共享性可傳遞性和共享性 信息必須依附于載體信息必須依附于載體 信息的可處理性信息的可處理性特點:特點:第41頁/共68頁在計算機內(nèi),數(shù)據(jù)的存儲、計算和處理都采用由“0”和“1”組成的二進制代碼。輸入到計算機中的所有信息,沒有量的含義,如數(shù)字符號0 9、大寫字母A Z或小寫字母a z、漢字、圖形、聲音及其一切可印刷的符號 +、-、!、#、%、 等。數(shù)據(jù)是信息的一種具體表現(xiàn)形式??煞譃椋簲?shù)值數(shù)據(jù)非數(shù)值數(shù)據(jù)數(shù)值型數(shù)據(jù)指數(shù)學(xué)

18、中的代數(shù)值,具有量的含義,又有正負之分,整數(shù)和小數(shù)之分。如:1.23,-0.45等。信息表示與處理(補充)信息表示與處理(補充) 第42頁/共68頁信息復(fù)制的精確性信息復(fù)制的精確性運算規(guī)則簡單運算規(guī)則簡單電子線路制造計算機成為可能電子線路制造計算機成為可能 為什么采用二進制? 這是由計算機電路所采用的器件決定的。在計算機中采用了具有兩個穩(wěn)態(tài)的二值電路 二進制概念第43頁/共68頁128128瓦瓦3232瓦瓦6464瓦瓦1616瓦瓦8 8瓦瓦4 4瓦瓦1 1瓦瓦2 2瓦瓦 二進制概念第44頁/共68頁 計算機的語言二進制十進制十進制=10,可使用,可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二進

19、制二進制=2 ,可使用,可使用0,1八進制八進制=8 ,可使用,可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六進制十六進制=16 ,可使用,可使用0,9,A,B,C,D,E,F“逢逢 進進,借,借當(dāng)當(dāng)R”R”第45頁/共68頁數(shù)制數(shù)制的定義和表示數(shù)制的定義和表示 數(shù)制數(shù)制進位計數(shù)制,是人們利用符號來計數(shù)進位計數(shù)制,是人們利用符號來計數(shù)的方法的方法 數(shù)制的種類:二進制、十進制、八進制、十六數(shù)制的種類:二進制、十進制、八進制、十六進制等。進制等。數(shù)制中的一些名詞術(shù)語:數(shù)制中的一些名詞術(shù)語: 數(shù)碼:用數(shù)字表示一種數(shù)制的數(shù)值數(shù)碼:用數(shù)字表示一種數(shù)制的數(shù)值 基:數(shù)制所使用的數(shù)碼個數(shù)基:數(shù)制所使用的數(shù)碼個數(shù) 權(quán)

20、:某數(shù)制每一位所具有的值權(quán):某數(shù)制每一位所具有的值第46頁/共68頁數(shù)制的表示 十進制(Decimal System)基為10,數(shù)碼0、1、2、9,權(quán)為以10為底的冪。 二進制(Binary System)基為2,數(shù)碼,權(quán)為以2為底的冪。 八進制(Octal System)基為8,數(shù)碼、7,權(quán)為以8為底的冪。 十六進制(Hexadecimal System)基為16,數(shù)碼、9、A、B、C、D、E、F,權(quán)為以16為底的冪。5第47頁/共68頁書寫時,在各種進制數(shù)的后面加上(2)、(8)、(10)、(16)或B、O、D、H 如: 11011011(2)、375.23(8)、1289.95(10)、

21、13AF.FF(16) 或: (11011011)2、(375.23)8、(1289.95)10、(13AF.FF)16 或: 11011011B、 375.23O、 1289.95D、 13AF.FFH數(shù)制的表示第48頁/共68頁數(shù)制常用計數(shù)制的基數(shù)和數(shù)碼1609,A,B,C,D,E,F80720,11009基 數(shù) 數(shù)碼十六進制八進制二進制十進制第49頁/共68頁數(shù)制間的轉(zhuǎn)換十進制數(shù)非十進制數(shù)二、八、十六進制之間的轉(zhuǎn)換非十進制數(shù)十進制數(shù)第50頁/共68頁1.非十進制數(shù) 十進制數(shù)位權(quán)法:把各非十進制數(shù)按權(quán)展開求和轉(zhuǎn)換公式:(F)(F)x x =a =an-1n-1x xn-1n-1 + a +

22、 an-2n-2x xn-2 n-2 + . + a+ . + a1 1x x1 1 + a + a0 0 x x0 0 + a + a-1-1x x-1-1 + . + .示例: (1011.1)(1011.1)2 2 =1=12 23 3+0+02 22 2+1+12 21 1 +1+12 20 0 +1+12 2-1-1 = = 8+0+2+1+0.5=(11.5)8+0+2+1+0.5=(11.5)1010第51頁/共68頁十進制整數(shù) 非十進制整數(shù)除基數(shù)余數(shù)法:除基數(shù)取余數(shù)、由下而上排列。示例1 1:( (反過來如何驗證?)?)結(jié)果為:結(jié)果為:113第52頁/共68頁示例2 2:結(jié)果為

23、結(jié)果為:1001011十進制整數(shù) 非十進制整數(shù)第53頁/共68頁十進制小數(shù) 非十進制小數(shù)進位法:用十進制小數(shù)乘基數(shù),當(dāng)積為0 0或達到所要求的精度時,將整數(shù)部分由上而下排列。示例: 0.6250.625 2 2 1 1.250 .250 整數(shù)為1 1 2 2 0 0.50 .50 整數(shù)為0 0 2 2 1 1.0.0 整數(shù)為1 1 小數(shù)值為0 0結(jié)果為:結(jié)果為:.101第54頁/共68頁二進制、八進制、十六進制之間的轉(zhuǎn)換以小數(shù)點為基準(zhǔn) 整數(shù)部分從右向左 小數(shù)部分從左向右二進制二進制 十六進制十六進制 二進制 八進制 一位拆三位一位拆四位三位并一位四位并一位第55頁/共68頁0001 1011

24、0111.0100( 1 B 7 . 4 )16示例:100 110 110 111 . 010 100( 4 6 6 7 . 2 4 )8二進制、八進制、十六進制之間的轉(zhuǎn)換第56頁/共68頁數(shù)值在計算機中的表示數(shù)值在計算機中的表示 整數(shù)表示整數(shù)表示 最高位作為數(shù)值的符號位,并規(guī)定二進制數(shù)最高位作為數(shù)值的符號位,并規(guī)定二進制數(shù)“0”表示正數(shù),二進制數(shù)表示正數(shù),二進制數(shù)“1”表示負數(shù),每表示負數(shù),每個數(shù)據(jù)占用一個或多個字節(jié)個數(shù)據(jù)占用一個或多個字節(jié) 第57頁/共68頁數(shù)值在計算機中的表示數(shù)值在計算機中的表示 小數(shù)表示小數(shù)表示 帶小數(shù)點的數(shù)在計算機中用隱含規(guī)定帶小數(shù)點的數(shù)在計算機中用隱含規(guī)定小數(shù)點的

25、位置來表示。根據(jù)小數(shù)點的小數(shù)點的位置來表示。根據(jù)小數(shù)點的位置是否固定,分為位置是否固定,分為定點數(shù)定點數(shù)和和浮點數(shù)浮點數(shù)兩種類型,相應(yīng)的有兩種類型,相應(yīng)的有定點表示定點表示和和浮點浮點表示表示兩種方式兩種方式 第58頁/共68頁數(shù)值在計算機中的表示數(shù)值在計算機中的表示 定點整數(shù)定點整數(shù) 指小數(shù)點隱含固定在整個數(shù)值的最右,指小數(shù)點隱含固定在整個數(shù)值的最右,符號位右邊所有的位數(shù)表示的是一個符號位右邊所有的位數(shù)表示的是一個整數(shù)整數(shù) 定點小數(shù)定點小數(shù) 指小數(shù)點隱含固定在最高數(shù)據(jù)位的左指小數(shù)點隱含固定在最高數(shù)據(jù)位的左邊,最大數(shù)為邊,最大數(shù)為0 第59頁/共68頁數(shù)值在計算機中的表示數(shù)值在計算機中的表示

26、浮點數(shù)浮點數(shù) 指小數(shù)點位置不固定的數(shù),它既有整數(shù)指小數(shù)點位置不固定的數(shù),它既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分,先進行規(guī)格化,即部分又有小數(shù)部分,先進行規(guī)格化,即平時所說的科學(xué)記數(shù)法平時所說的科學(xué)記數(shù)法 如如 0.0027=0.27E-2 即即0.2710-2 在計算機中通常把浮點數(shù)分成階碼和尾數(shù)兩在計算機中通常把浮點數(shù)分成階碼和尾數(shù)兩部分來表示,部分來表示,-2為階碼,為階碼,0.27為尾數(shù)為尾數(shù) 第60頁/共68頁數(shù)值在計算機中的表示數(shù)值在計算機中的表示 某計算機用某計算機用4個字節(jié)表示浮點數(shù),階碼部分為個字節(jié)表示浮點數(shù),階碼部分為8位定點整數(shù),尾數(shù)部分為位定點整數(shù),尾數(shù)部分為24位定點小數(shù)位定點小數(shù) 第61頁/共68頁西文字符編碼字符: 西文字符(大小寫字母、數(shù)字、各

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