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文檔簡介

1、計(jì)算機(jī)組成原理習(xí)題答案(部分)第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1. 什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件?硬件和軟件哪個(gè)更重要?答:計(jì)算機(jī)系統(tǒng):由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的綜合體。計(jì)算機(jī)硬件:指計(jì)算機(jī)中的電子線路和物理裝置。計(jì)算機(jī)軟件:計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的程序及相關(guān)資料。硬件和軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中相互依存,缺一不可,因此同樣重要。5. 馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么?答:馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是:計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成;指令和數(shù)據(jù)以同同等地位存放于存儲器內(nèi),并可以按地址訪問;指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制表示;指令由操作碼、地址碼兩大部分組成,操作碼用來表示操作的性質(zhì),地址碼用

2、來表示操作數(shù)在存儲器中的位置;指令在存儲器中順序存放,通常自動順序取出執(zhí)行;機(jī)器以運(yùn)算器為中心(原始馮諾依曼機(jī))。7. 解釋下列概念:主機(jī)、CPU、主存、存儲單元、存儲元件、存儲基元、存儲元、存儲字、存儲字長、存儲容量、機(jī)器字長、指令字長。答:主機(jī):是計(jì)算機(jī)硬件的主體部分,由CPU和主存儲器MM合成為主機(jī)。CPU:中央處理器,是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件,由運(yùn)算器和控制器組成;(早期的運(yùn)算器和控制器不在同一芯片上,現(xiàn)在的CPU內(nèi)除含有運(yùn)算器和控制器外還集成了CACHE)。主存:計(jì)算機(jī)中存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)的存儲器,為計(jì)算機(jī)的主要工作存儲器,可隨機(jī)存取;由存儲體、各種邏輯部件及控制電路組成。存儲單

3、元:可存放一個(gè)機(jī)器字并具有特定存儲地址的存儲單位。存儲元件:存儲一位二進(jìn)制信息的物理元件,是存儲器中最小的存儲單位,又叫存儲基元或存儲元,不能單獨(dú)存取。存儲字:一個(gè)存儲單元所存二進(jìn)制代碼的邏輯單位。存儲字長:一個(gè)存儲單元所存二進(jìn)制代碼的位數(shù)。存儲容量:存儲器中可存二進(jìn)制代碼的總量;(通常主、輔存容量分開描述)。機(jī)器字長:指CPU一次能處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù),通常與CPU的寄存器位數(shù)有關(guān)。指令字長:一條指令的二進(jìn)制代碼位數(shù)。8. 解釋下列英文縮寫的中文含義:CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS答:全面的回答應(yīng)分英文全稱、中文名、

4、功能三部分。CPU:Central Processing Unit,中央處理機(jī)(器),是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件,主要由運(yùn)算器和控制器組成。PC:Program Counter,程序計(jì)數(shù)器,其功能是存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址,并可自動計(jì)數(shù)形成下一條指令地址。IR:Instruction Register,指令寄存器,其功能是存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。CU:Control Unit,控制單元(部件),為控制器的核心部件,其功能是產(chǎn)生微操作命令序列。ALU:Arithmetic Logic Unit,算術(shù)邏輯運(yùn)算單元,為運(yùn)算器的核心部件,其功能是進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算。ACC:Accumulator,累加器,

5、是運(yùn)算器中既能存放運(yùn)算前的操作數(shù),又能存放運(yùn)算結(jié)果的寄存器。MQ:Multiplier-Quotient Register,乘商寄存器,乘法運(yùn)算時(shí)存放乘數(shù)、除法時(shí)存放商的寄存器。X:此字母沒有專指的縮寫含義,可以用作任一部件名,在此表示操作數(shù)寄存器,即運(yùn)算器中工作寄存器之一,用來存放操作數(shù);MAR:Memory Address Register,存儲器地址寄存器,在主存中用來存放欲訪問的存儲單元的地址。MDR:Memory Data Register,存儲器數(shù)據(jù)緩沖寄存器,在主存中用來存放從某單元讀出、或要寫入某存儲單元的數(shù)據(jù)。I/O:Input/Output equipment,輸入/輸出設(shè)

6、備,為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的總稱,用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部和外界信息的轉(zhuǎn)換與傳送。MIPS:Million Instruction Per Second,每秒執(zhí)行百萬條指令數(shù),為計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度指標(biāo)的一種計(jì)量單位。9. 畫出主機(jī)框圖,分別以存數(shù)指令“STA M”和加法指令“ADD M”(M均為主存地址)為例,在圖中按序標(biāo)出完成該指令(包括取指令階段)的信息流程(如)。假設(shè)主存容量為256M*32位,在指令字長、存儲字長、機(jī)器字長相等的條件下,指出圖中各寄存器的位數(shù)。解:主機(jī)框圖如P13圖1.11所示。(1)STA M指令:PCMAR,MARMM,MMMDR,MDRIR,OP(IR) CU,Ad(IR) MA

7、R,ACCMDR,MARMM,WR(2)ADD M指令:PCMAR,MARMM,MMMDR,MDRIR,OP(IR) CU,Ad(IR) MAR,RD,MMMDR,MDRX,ADD,ALUACC,ACCMDR,WR假設(shè)主存容量256M*32位,在指令字長、存儲字長、機(jī)器字長相等的條件下,ACC、X、IR、MDR寄存器均為32位,PC和MAR寄存器均為28位。11. 指令和數(shù)據(jù)都存于存儲器中,計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們?答:計(jì)算機(jī)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)有以下兩種方法:通過不同的時(shí)間段來區(qū)分指令和數(shù)據(jù),即在取指令階段(或取指微程序)取出的為指令,在執(zhí)行指令階段(或相應(yīng)微程序)取出的即為數(shù)據(jù)。通過地址來源區(qū)分,由P

8、C提供存儲單元地址的取出的是指令,由指令地址碼部分提供存儲單元地址的取出的是操作數(shù)。第2章 計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用1. 通常計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代以什么為依據(jù)?答:主要以組成計(jì)算機(jī)基本電路的元器件為依據(jù),如電子管、晶體管、集成電路等。2. 舉例說明專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)的區(qū)別。答:按照計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性可以將計(jì)算機(jī)劃分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。通用計(jì)算機(jī)適應(yīng)性強(qiáng),但犧牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性,而專用計(jì)算機(jī)是最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快的計(jì)算機(jī),但適應(yīng)性很差。例如個(gè)人電腦和計(jì)算器。3. 什么是摩爾定律?該定律是否永遠(yuǎn)生效?為什么?答:P23,否,P36第3章 系統(tǒng)總線1. 什么是總線?總

9、線傳輸有何特點(diǎn)?為了減輕總線負(fù)載,總線上的部件應(yīng)具備什么特點(diǎn)?答:總線是多個(gè)部件共享的傳輸部件。總線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是:某一時(shí)刻只能有一路信息在總線上傳輸,即分時(shí)使用。為了減輕總線負(fù)載,總線上的部件應(yīng)通過三態(tài)驅(qū)動緩沖電路與總線連通。4. 為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制?常見的集中式總線控制有幾種?各有何特點(diǎn)?哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快?哪種方式對電路故障最敏感?答:總線判優(yōu)控制解決多個(gè)部件同時(shí)申請總線時(shí)的使用權(quán)分配問題;常見的集中式總線控制有三種:鏈?zhǔn)讲樵?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢、獨(dú)立請求;特點(diǎn):鏈?zhǔn)讲樵兎绞竭B線簡單,易于擴(kuò)充,對電路故障最敏感;計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式優(yōu)先級設(shè)置較靈活,對故障不敏感,連線及控制過程較復(fù)雜;獨(dú)

10、立請求方式速度最快,但硬件器件用量大,連線多,成本較高。5. 解釋下列概念:總線寬度、總線帶寬、總線復(fù)用、總線的主設(shè)備(或主模塊)、總線的從設(shè)備(或從模塊)、總線的傳輸周期和總線的通信控制。答:P46??偩€寬度:通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù);總線帶寬:總線的數(shù)據(jù)傳輸率,指單位時(shí)間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù);總線復(fù)用:指同一條信號線可以分時(shí)傳輸不同的信號??偩€的主設(shè)備(主模塊):指一次總線傳輸期間,擁有總線控制權(quán)的設(shè)備(模塊);總線的從設(shè)備(從模塊):指一次總線傳輸期間,配合主設(shè)備完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備(模塊),它只能被動接受主設(shè)備發(fā)來的命令;總線的傳輸周期:指總線完成一次完整而可靠的傳輸所需時(shí)間;總線的通信控

11、制:指總線傳送過程中雙方的時(shí)間配合方式。6. 試比較同步通信和異步通信。答:同步通信:指由統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信,控制方式簡單,靈活性差,當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí),總線工作效率明顯下降。適合于速度差別不大的場合。異步通信:指沒有統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信,部件間采用應(yīng)答方式進(jìn)行聯(lián)系,控制方式較同步復(fù)雜,靈活性高,當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí),有利于提高總線工作效率。8. 為什么說半同步通信同時(shí)保留了同步通信和異步通信的特點(diǎn)?答:半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時(shí)鐘控制,又能像異步通信那樣允許傳輸時(shí)間不一致,因此工作效率介于兩者之間。10. 為什么要設(shè)置總線標(biāo)準(zhǔn)?你知道目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有哪些

12、?什么叫plug and play?哪些總線有這一特點(diǎn)?答:總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置主要解決不同廠家各類模塊化產(chǎn)品的兼容問題;目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有:ISA、EISA、PCI等;plug and play:即插即用,EISA、PCI等具有此功能。11. 畫一個(gè)具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖。答:在總線的兩端分別配置三態(tài)門,就可以使總線具有雙向傳輸功能。12. 設(shè)數(shù)據(jù)總線上接有A、B、C、D四個(gè)寄存器,要求選用合適的74系列芯片,完成下列邏輯設(shè)計(jì):(1) 設(shè)計(jì)一個(gè)電路,在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)DA、DB和DC寄存器間的傳送;(2) 設(shè)計(jì)一個(gè)電路,實(shí)現(xiàn)下列操作:T0時(shí)刻完成D總線;T1時(shí)刻完成總線A;T2時(shí)刻完成A總線;

13、T3時(shí)刻完成總線B。解:(1)由T打開三態(tài)門將 D寄存器中的內(nèi)容送至總線bus,由cp脈沖同時(shí)將總線上的數(shù)據(jù)打入到 A、B、C寄存器中。 T和cp的時(shí)間關(guān)系如圖(1)所示。圖(1)(2)三態(tài)門1受T0T1控制,以確保T0時(shí)刻D總線,以及T1時(shí)刻總線接收門1A。三態(tài)門2受T2T3控制,以確保T2時(shí)刻A總線,以及T3時(shí)刻總線接收門2B。T0、T1、T2、T3波形圖如圖(2)所示。圖(2)第四章 存儲器3. 存儲器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在什么地方?為什么要分這些層次?計(jì)算機(jī)如何管理這些層次?答:存儲器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在Cache-主存和主存-輔存這兩個(gè)存儲層次上。Cache-主存層次在存儲系統(tǒng)中主要對

14、CPU訪存起加速作用,即從整體運(yùn)行的效果分析,CPU訪存速度加快,接近于Cache的速度,而尋址空間和位價(jià)卻接近于主存。主存-輔存層次在存儲系統(tǒng)中主要起擴(kuò)容作用,即從程序員的角度看,他所使用的存儲器其容量和位價(jià)接近于輔存,而速度接近于主存。綜合上述兩個(gè)存儲層次的作用,從整個(gè)存儲系統(tǒng)來看,就達(dá)到了速度快、容量大、位價(jià)低的優(yōu)化效果。主存與CACHE之間的信息調(diào)度功能全部由硬件自動完成。而主存與輔存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲技術(shù)實(shí)現(xiàn),即將主存與輔存的一部分通過軟硬結(jié)合的技術(shù)組成虛擬存儲器,程序員可使用這個(gè)比主存實(shí)際空間(物理地址空間)大得多的虛擬地址空間(邏輯地址空間)編程,當(dāng)程序運(yùn)行時(shí),再由軟

15、、硬件自動配合完成虛擬地址空間與主存實(shí)際物理空間的轉(zhuǎn)換。因此,這兩個(gè)層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對于程序員來說都是透明的。4. 說明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。答:存取周期和存取時(shí)間的主要區(qū)別是:存取時(shí)間僅為完成一次操作的時(shí)間,而存取周期不僅包含操作時(shí)間,還包含操作后線路的恢復(fù)時(shí)間。即:存取周期 = 存取時(shí)間 + 恢復(fù)時(shí)間5. 什么是存儲器的帶寬?若存儲器的數(shù)據(jù)總線寬度為32位,存取周期為200ns,則存儲器的帶寬是多少?答:存儲器的帶寬指單位時(shí)間內(nèi)從存儲器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。存儲器帶寬 = 1/200ns ×32位 = 160M位/秒 = 20MB/秒 = 5M字/秒注意:字長32位,不是

16、16位。(注:1ns=10-9s)6. 某機(jī)字長為32位,其存儲容量是64KB,按字編址它的尋址范圍是多少?若主存以字節(jié)編址,試畫出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。答:存儲容量是64KB時(shí),按字節(jié)編址的尋址范圍就是64K,如按字編址,其尋址范圍為:64K / (32/8)= 16K主存字地址和字節(jié)地址的分配情況:(略)。7. 一個(gè)容量為16K×32位的存儲器,其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少?當(dāng)選用下列不同規(guī)格的存儲芯片時(shí),各需要多少片?1K×4位,2K×8位,4K×4位,16K×1位,4K×8位,8K×8位解:地址線和數(shù)據(jù)線的

17、總和 = 14 + 32 = 46根;選擇不同的芯片時(shí),各需要的片數(shù)為:1K×4:(16K×32) / (1K×4) = 16×8 = 128片2K×8:(16K×32) / (2K×8) = 8×4 = 32片4K×4:(16K×32) / (4K×4) = 4×8 = 32片16K×1:(16K×32)/ (16K×1) = 1×32 = 32片4K×8:(16K×32)/ (4K×8) = 4

18、5;4 = 16片8K×8:(16K×32) / (8K×8) = 2×4 = 8片9. 什么叫刷新?為什么要刷新?說明刷新有幾種方法。答:刷新:對DRAM定期進(jìn)行的全部重寫過程;刷新原因:因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時(shí)補(bǔ)充,因此安排了定期刷新操作;常用的刷新方法有三種:集中式、分散式、異步式。集中式:在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi),集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新,存在CPU訪存死時(shí)間。分散式:在每個(gè)讀/寫周期之后插入一個(gè)刷新周期,無CPU訪存死時(shí)間。異步式:是集中式和分散式的折衷。10. 半導(dǎo)體存儲器芯片的譯碼驅(qū)動方式有幾種?答:半導(dǎo)體存儲器芯片的譯

19、碼驅(qū)動方式有兩種:線選法和重合法。線選法:地址譯碼信號只選中同一個(gè)字的所有位,結(jié)構(gòu)簡單,費(fèi)器材;重合法:地址分行、列兩部分譯碼,行、列譯碼線的交叉點(diǎn)即為所選單元。這種方法通過行、列譯碼信號的重合來選址,也稱矩陣譯碼??纱蟠蠊?jié)省器材用量,是最常用的譯碼驅(qū)動方式。11. 一個(gè)8K×8位的動態(tài)RAM芯片,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成256×256形式,存取周期為0.1s。試問采用集中刷新、分散刷新和異步刷新三種方式的刷新間隔各為多少?答:采用分散刷新方式刷新間隔為2ms,其中刷新死時(shí)間為256×0.1s=25.6s采用分散刷新方式刷新間隔為:256×(0.1s+×

20、;0.1s)=51.2s采用異步刷新方式刷新間隔為:2ms12. 畫出用1024×4位的存儲芯片組成一個(gè)容量為64K×8位的存儲器邏輯框圖。要求將64K分成4個(gè)頁面,每個(gè)頁面分16組,指出共需多少片存儲芯片。解:設(shè)采用SRAM芯片,則:總片數(shù) = (64K×8位) / (1024×4位)= 64×2 = 128片題意分析:本題設(shè)計(jì)的存儲器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁面、組三級,因此畫圖時(shí)也應(yīng)分三級畫。首先應(yīng)確定各級的容量:頁面容量 = 總?cè)萘?/ 頁面數(shù) = 64K×8 / 4 = 16K×8位,4片16K×8字串聯(lián)成64K

21、×8位組容量 = 頁面容量 / 組數(shù)   = 16K×8位 / 16 = 1K×8位,16片1K×8位字串聯(lián)成16K×8位組內(nèi)片數(shù) = 組容量 / 片容量 = 1K×8位 / 1K×4位 = 2片,兩片1K×4位芯片位并聯(lián)成1K×8位存儲器邏輯框圖:(略)。13. 設(shè)有一個(gè)64K×8位的RAM芯片,試問該芯片共有多少個(gè)基本單元電路(簡稱存儲基元)?欲設(shè)計(jì)一種具有上述同樣多存儲基元的芯片,要求對芯片字長的選擇應(yīng)滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小,試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線,并說明有幾種解

22、答。解:存儲基元總數(shù) = 64K×8位 = 512K位 = 219位;思路:如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小,應(yīng)盡量把存儲元安排在字向,因?yàn)榈刂肺粩?shù)和字?jǐn)?shù)成2的冪的關(guān)系,可較好地壓縮線數(shù)。解:設(shè)地址線根數(shù)為a,數(shù)據(jù)線根數(shù)為b,則片容量為:2a×b = 219;b = 219-a;若a = 19,b = 1,總和 = 19+1 = 20; a = 18,b = 2,總和 = 18+2 = 20; a = 17,b = 4,總和 = 17+4 = 21; a = 16,b = 8,總和 = 16+8 = 24;由上可看出:片字?jǐn)?shù)越少,片字長越長,引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù)減1、片位數(shù)均按

23、2的冪變化。結(jié)論:如果滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小,這種芯片的引腳分配方案有兩種:地址線 = 19根,數(shù)據(jù)線 = 1根;或地址線 = 18根,數(shù)據(jù)線 = 2根。14. 某8位微型機(jī)地址碼為18位,若使用4K×4位的RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲器,試問:(1)該機(jī)所允許的最大主存空間是多少?(2)若每個(gè)模塊板為32K×8位,共需幾個(gè)模塊板?(3)每個(gè)模塊板內(nèi)共有幾片RAM芯片?(4)共有多少片RAM?(5)CPU如何選擇各模塊板?解:(1)該機(jī)所允許的最大主存空間是:218 × 8位 = 256K×8位 = 256KB(2)模塊板總數(shù) = 256K&#

24、215;8 / 32K×8 = 8塊(3)板內(nèi)片數(shù) = 32K×8位 / 4K×4位 = 8×2 = 16片(4)總片數(shù) = 16片×8 = 128片(5)CPU通過最高3位地址譯碼輸出選擇模板,次高3位地址譯碼輸出選擇芯片。地址格式分配如下:15. 設(shè)CPU共有16根地址線,8根數(shù)據(jù)線,并用(低電平有效)作訪存控制信號,作讀寫命令信號(高電平為讀,低電平為寫)?,F(xiàn)有下列存儲芯片:ROM(2K×8位,4K×4位,8K×8位),RAM(1K×4位,2K×8位,4K×8位),及74138譯

25、碼器和其他門電路(門電路自定)。試從上述規(guī)格中選用合適芯片,畫出CPU和存儲芯片的連接圖。要求:(1)最小4K地址為系統(tǒng)程序區(qū),409616383地址范圍為用戶程序區(qū);(2)指出選用的存儲芯片類型及數(shù)量;(3)詳細(xì)畫出片選邏輯。解:(1)地址空間分配圖: 系統(tǒng)程序區(qū)(ROM共4KB):0000H-0FFFH 用戶程序區(qū)(RAM共12KB):1000H-FFFFH (2)選片:ROM:選擇4K×4位芯片2片,位并聯(lián) RAM:選擇4K×8位芯片3片,字串聯(lián)(RAM1地址范圍為:1000H-1FFFH,RAM2地址范圍為2000H-2FFFH, RAM3地址范圍為:3000H-3

26、FFFH) (3)各芯片二進(jìn)制地址分配如下:A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM1,200000000000000000000011111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM300110000000000000011111111111111CPU和存儲器連接邏輯圖及片選邏輯如下圖(3)所示:圖(3)16. CPU假設(shè)同上題,現(xiàn)有8片8K×8位的RAM芯片與CPU相連,試回答:(1)用74138譯碼器畫出CPU與存儲

27、芯片的連接圖;(2)寫出每片RAM的地址范圍;(3)如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后,以A000H為起始地址的存儲芯片都有與其相同的數(shù)據(jù),分析故障原因。(4)根據(jù)(1)的連接圖,若出現(xiàn)地址線A13與CPU斷線,并搭接到高電平上,將出現(xiàn)什么后果?解:(1)CPU與存儲器芯片連接邏輯圖:(2)地址空間分配圖: RAM0:0000H-1FFFH RAM1:2000H-3FFFH RAM2:4000H-5FFFH RAM3:6000H-7FFFH RAM4:8000H-9FFFH RAM5:A000H-BFFFH RAM6:C000H-DFFFH RAM7:E000H-FFFFH(3)如果運(yùn)行

28、時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后,以A000H為起始地址的存儲芯片(RAM5)都有與其相同的數(shù)據(jù),則根本的故障原因?yàn)椋涸摯鎯π酒钠x輸入端很可能總是處于低電平。假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的,可能的情況有:1)該片的-CS端與-WE端錯(cuò)連或短路;2)該片的-CS端與CPU的-MREQ端錯(cuò)連或短路;3)該片的-CS端與地線錯(cuò)連或短路。(4)如果地址線A13與CPU斷線,并搭接到高電平上,將會出現(xiàn)A13恒為“1”的情況。此時(shí)存儲器只能尋址A13=1的地址空間(奇數(shù)片),A13=0的另一半地址空間(偶數(shù)片)將永遠(yuǎn)訪問不到。若對A13=0的地址空間(偶數(shù)片)進(jìn)行訪問,只能錯(cuò)誤地訪問到A13=1的對應(yīng)空

29、間(奇數(shù)片)中去。17. 寫出1100、1101、1110、1111對應(yīng)的漢明碼。解:有效信息均為n=4位,假設(shè)有效信息用b4b3b2b1表示校驗(yàn)位位數(shù)k=3位,(2k>=n+k+1)設(shè)校驗(yàn)位分別為c1、c2、c3,則漢明碼共4+3=7位,即:c1c2b4c3b3b2b1校驗(yàn)位在漢明碼中分別處于第1、2、4位c1=b4b3b1c2=b4b2b1c3=b3b2b1當(dāng)有效信息為1100時(shí),c3c2c1=011,漢明碼為1110100。當(dāng)有效信息為1101時(shí),c3c2c1=100,漢明碼為0011101。當(dāng)有效信息為1110時(shí),c3c2c1=101,漢明碼為1011110。當(dāng)有效信息為1111

30、時(shí),c3c2c1=010,漢明碼為0110111。18. 已知收到的漢明碼(按配偶原則配置)為1100100、1100111、1100000、1100001,檢查上述代碼是否出錯(cuò)?第幾位出錯(cuò)?解:假設(shè)接收到的漢明碼為:c1c2b4c3b3b2b1糾錯(cuò)過程如下:P1=c1b4b3b1P2=c2b4b2b1P3=c3b3b2b1如果收到的漢明碼為1100100,則p3p2p1=011,說明代碼有錯(cuò),第3位(b4)出錯(cuò),有效信息為:1100如果收到的漢明碼為1100111,則p3p2p1=111,說明代碼有錯(cuò),第7位(b1)出錯(cuò),有效信息為:0110如果收到的漢明碼為1100000,則p3p2p1=

31、110,說明代碼有錯(cuò),第6位(b2)出錯(cuò),有效信息為:0010如果收到的漢明碼為1100001,則p3p2p1=001,說明代碼有錯(cuò),第1位(c1)出錯(cuò),有效信息為:000122. 某機(jī)字長16位,常規(guī)的存儲空間為64K字,若想不改用其他高速的存儲芯片,而使訪存速度提高到8倍,可采取什么措施?畫圖說明。解:若想不改用高速存儲芯片,而使訪存速度提高到8倍,可采取八體交叉存取技術(shù),8體交叉訪問時(shí)序如下圖:18. 什么是“程序訪問的局部性”?存儲系統(tǒng)中哪一級采用了程序訪問的局部性原理?答:程序運(yùn)行的局部性原理指:在一小段時(shí)間內(nèi),最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問;在空間上,這些被訪問的程序和數(shù)

32、據(jù)往往集中在一小片存儲區(qū);在訪問順序上,指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大 (大約 5:1 )。存儲系統(tǒng)中Cache主存層次采用了程序訪問的局部性原理。25. Cache做在CPU芯片內(nèi)有什么好處?將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開又有什么好處?答:Cache做在CPU芯片內(nèi)主要有下面幾個(gè)好處:1)可提高外部總線的利用率。因?yàn)镃ache在CPU芯片內(nèi),CPU訪問Cache時(shí)不必占用外部總線。2)Cache不占用外部總線就意味著外部總線可更多地支持I/O設(shè)備與主存的信息傳輸,增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體效率。3)可提高存取速度。因?yàn)镃ache與CPU之間的數(shù)據(jù)通路大大縮短,故存取速度得以提高。將指令Cach

33、e和數(shù)據(jù)Cache分開有如下好處:1)可支持超前控制和流水線控制,有利于這類控制方式下指令預(yù)取操作的完成。2)指令Cache可用ROM實(shí)現(xiàn),以提高指令存取的可靠性。3)數(shù)據(jù)Cache對不同數(shù)據(jù)類型的支持更為靈活,既可支持整數(shù)(例32位),也可支持浮點(diǎn)數(shù)據(jù)(如64位)。補(bǔ)充:Cache結(jié)構(gòu)改進(jìn)的第三個(gè)措施是分級實(shí)現(xiàn),如二級緩存結(jié)構(gòu),即在片內(nèi)Cache(L1)和主存之間再設(shè)一個(gè)片外Cache(L2),片外緩存既可以彌補(bǔ)片內(nèi)緩存容量不夠大的缺點(diǎn),又可在主存與片內(nèi)緩存間起到平滑速度差的作用,加速片內(nèi)緩存的調(diào)入調(diào)出速度。30. 一個(gè)組相連映射的CACHE由64塊組成,每組內(nèi)包含4塊。主存包含4096塊,

34、每塊由128字組成,訪存地址為字地址。試問主存和高速存儲器的地址各為幾位?畫出主存地址格式。解:cache組數(shù):64/4=16 ,Cache容量為:64*128=213字,cache地址13位主存共分4096/16=256區(qū),每區(qū)16塊主存容量為:4096*128=219字,主存地址19位,地址格式如下:主存字塊標(biāo)記(8位)組地址(4位)字塊內(nèi)地址(7位)第六章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法12. 設(shè)浮點(diǎn)數(shù)格式為:階碼5位(含1位階符),尾數(shù)11位(含1位數(shù)符)。寫出51/128、-27/1024所對應(yīng)的機(jī)器數(shù)。要求如下:(1)階碼和尾數(shù)均為原碼。(2)階碼和尾數(shù)均為補(bǔ)碼。(3)階碼為移碼,尾數(shù)為補(bǔ)碼。

35、解:據(jù)題意畫出該浮點(diǎn)數(shù)的格式:階符1位階碼4位數(shù)符1位尾數(shù)10位 將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制:x1= 51/128= 0.0110011B= 2-1 * 0.110 011B x2= -27/1024= -0.0000011011B = 2-5*(-0.11011B)則以上各數(shù)的浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)為:(1)x1浮=1,0001;0.110 011 000 0 x2浮=1,0101;1.110 110 000 0(2)x1浮=1,1111;0.110 011 000 0 x2浮=1,1011;1.001 010 000 0(3)x1浮=0,1111;0.110 011 000 0 x2浮=0,1011;1

36、.001 010 000 0 16設(shè)機(jī)器數(shù)字長為16位,寫出下列各種情況下它能表示的數(shù)的范圍。設(shè)機(jī)器數(shù)采用一位符號位,答案均用十進(jìn)制表示。     (1)無符號數(shù);     (2)原碼表示的定點(diǎn)小數(shù)。     (3)補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)小數(shù)。     (4)補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)整數(shù)。     (5)原碼表示的定點(diǎn)整數(shù)。 (6)浮點(diǎn)數(shù)的格式為:階碼6位(含1位階符),尾數(shù)10位(含1位數(shù)符)。分別寫出其正數(shù)和負(fù)數(shù)的表示范圍。 (7)浮點(diǎn)數(shù)格式同(6),機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼規(guī)格化形式,分別寫出其對應(yīng)的正數(shù)和負(fù)數(shù)的真值

37、范圍。解:(1)無符號整數(shù):0 216 - 1,即:0 65535;無符號小數(shù):0 1 - 2-16 ,即:0 0.99998;(2)原碼定點(diǎn)小數(shù):-1 + 2-151 - 2-15 ,即:-0.99997 0.99997(3)補(bǔ)碼定點(diǎn)小數(shù):- 11 - 2-15 ,即:-10.99997(4)補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù):-215215 - 1 ,即:-3276832767(5)原碼定點(diǎn)整數(shù):-215 + 1215 - 1,即:-3276732767(6)據(jù)題意畫出該浮點(diǎn)數(shù)格式,當(dāng)階碼和尾數(shù)均采用原碼,非規(guī)格化數(shù)表示時(shí):最大負(fù)數(shù)= 1,11 111;1.000 000 001 ,即 -2-9´2-

38、31最小負(fù)數(shù)= 0,11 111;1.111 111 111,即 -(1-2-9)´231則負(fù)數(shù)表示范圍為:-(1-2-9)´231 -2-9´2-31最大正數(shù)= 0,11 111;0.111 111 111,即 (1-2-9)´231最小正數(shù)= 1,11 111;0.000 000 001,即 2-9´2-31則正數(shù)表示范圍為:2-9´2-31 (1-2-9)´231(7)當(dāng)機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼規(guī)格化形式時(shí),若不考慮隱藏位,則最大負(fù)數(shù)=1,00 000;1.011 111 111,即 -2-1´2-32最小負(fù)數(shù)=0,1

39、1 111;1.000 000 000,即 -1´231則負(fù)數(shù)表示范圍為:-1´231 -2-1´2-32最大正數(shù)=0,11 111;0.111 111 111,即 (1-2-9)´231 最小正數(shù)=1,00 000;0.100 000 000,即 2-1´2-32則正數(shù)表示范圍為:2-1´2-32 (1-2-9)´23117. 設(shè)機(jī)器數(shù)字長為8位(包括一位符號位),對下列各機(jī)器數(shù)進(jìn)行算術(shù)左移一位、兩位,算術(shù)右移一位、兩位,討論結(jié)果是否正確。 x1原=0.001 1010;y1補(bǔ)=0.101 0100;z1反=1.010 1

40、111; x2原=1.110 1000;y2補(bǔ)=1.110 1000;z2反=1.110 1000; x3原=1.001 1001;y3補(bǔ)=1.001 1001;z3反=1.001 1001。解:算術(shù)左移一位: x1原=0.011 0100;正確 x2原=1.101 0000;溢出(丟1)出錯(cuò) x3原=1.011 0010;正確 y1補(bǔ)=0.010 1000;溢出(丟1)出錯(cuò) y2補(bǔ)=1.101 0000;正確 y3補(bǔ)=1.011 0010;溢出(丟0)出錯(cuò) z1反=1.101 1111;溢出(丟0)出錯(cuò) z2反=1.101 0001;正確 z3反=1.011 0011;溢出(丟0)出錯(cuò)算術(shù)左

41、移兩位: x1原=0.110 1000;正確 x2原=1.010 0000;溢出(丟11)出錯(cuò)x3原=1.110 0100;正確y1補(bǔ)=0.101 0000;溢出(丟10)出錯(cuò) y2補(bǔ)=1.010 0000;正確 y3補(bǔ)=1.110 0100;溢出(丟00)出錯(cuò) z1反=1.011 1111;溢出(丟01)出錯(cuò) z2反=1.010 0011;正確 z3反=1.110 0111;溢出(丟00)出錯(cuò)算術(shù)右移一位: x1原=0.000 1101;正確 x2原=1.011 0100;正確x3原=1.000 1100(1);丟1,產(chǎn)生誤差 y1補(bǔ)=0.010 1010;正確y2補(bǔ)=1.111 0100;

42、正確y3補(bǔ)=1.100 1100(1);丟1,產(chǎn)生誤差z1反=1.101 0111;正確z2反=1.111 0100(0);丟0,產(chǎn)生誤差z3反=1.100 1100;正確算術(shù)右移兩位: x1原=0.000 0110(10);產(chǎn)生誤差 x2原=1.001 1010;正確x3原=1.000 0110(01);產(chǎn)生誤差y1補(bǔ)=0.001 0101;正確y2補(bǔ)=1.111 1010;正確y3補(bǔ)=1.110 0110(01);產(chǎn)生誤差z1反=1.110 1011;正確z2反=1.111 1010(00);產(chǎn)生誤差z3反=1.110 0110(01);產(chǎn)生誤差26.按機(jī)器補(bǔ)碼浮點(diǎn)運(yùn)算步驟,計(jì)算x

43、7;y補(bǔ). (1)x=2-011× 0.101 100,y=2-010×(-0.011 100); (2)x=2-011×(-0.100 010),y=2-010×(-0.011 111); (3)x=2101×(-0.100 101),y=2100×(-0.001 111)。解:先將x、y轉(zhuǎn)換成機(jī)器數(shù)形式: (1)x=2-011× 0.101 100,y=2-010×(-0.011 100)x補(bǔ)=1,101;0.101 100, y補(bǔ)=1,110;1.100 100 Ex補(bǔ)=1,101, y補(bǔ)=1,110, Mx

44、補(bǔ)=0.101 100, My補(bǔ)=1.100 1001)對階:DE補(bǔ)=Ex補(bǔ)+-Ey補(bǔ) = 11,101+ 00,010=11,111 < 0,應(yīng)Ex向Ey對齊,則:Ex補(bǔ)+1=11,101+00,001=11,110 = Ey補(bǔ)x補(bǔ)=1,110;0.010 110 2)尾數(shù)運(yùn)算:Mx補(bǔ)+My補(bǔ)= 0.010 110 + 11.100 100=11.111010Mx補(bǔ)+-My補(bǔ)=0.010 110 + 00.011100= 00.110 0103)結(jié)果規(guī)格化:x+y補(bǔ)=11,110;11.111 010 = 11,011;11.010 000 (尾數(shù)左規(guī)3次,階碼減3)x-y補(bǔ)=11,1

45、10;00.110 010, 已是規(guī)格化數(shù)。 4)舍入:無5)溢出:無則:x+y=2-101×(-0.110 000)x-y =2-010×0.110 010(2)x=2-011×(-0.100010),y=2-010×(-0.011111)x補(bǔ)=1,101;1.011 110, y補(bǔ)=1,110;1.100 001對階:過程同(1)的1),則x補(bǔ)=1,110;1.101 1112)尾數(shù)運(yùn)算:Mx補(bǔ)+My補(bǔ)= 11.101111 + 11. 100001 = 11.010000Mx補(bǔ)+-My補(bǔ)= 11.101111 + 00.011111 = 00.00

46、11103)結(jié)果規(guī)格化: x+y補(bǔ)=11,110;11.010 000,已是規(guī)格化數(shù) x-y補(bǔ)=11,110;00.001 110 =11,100;00.111000 (尾數(shù)左規(guī)2次,階碼減2)4)舍入:無 5)溢出:無則:x+y=2-010×(-0.110 000) x-y =2-100×0.111 000(3)x=2101×(-0.100 101),y=2100×(-0.001 111)x補(bǔ)=0,101;1.011 011, y補(bǔ)=0,100;1.110 0011)對階:DE補(bǔ)=00,101+11,100=00,001 >0,應(yīng)Ey向Ex對齊,

47、則:Ey補(bǔ)+1=00,100+00,001=00,101=Ex補(bǔ)y補(bǔ)=0,101;1.111 000(1)2)尾數(shù)運(yùn)算: Mx補(bǔ)+My補(bǔ)= 11.011011+ 11.111000(1)= 11.010011(1) Mx補(bǔ)+-My補(bǔ)= 11.011011+ 00.000111(1)= 11.100010(1)結(jié)果規(guī)格化: x+y補(bǔ)=00,101;11.010 011(1),已是規(guī)格化數(shù) x-y補(bǔ)=00,101;11.100 010(1)=00,100;11.000 101 (尾數(shù)左規(guī)1次,階碼減1)4)舍入:x+y補(bǔ)=00,101;11.010 011(舍)x-y補(bǔ) 不變5)溢出:無則:x+y

48、=2101×(-0.101 101)x-y =2100×(-0.111 011)32. 設(shè)機(jī)器字長為16位,分別按4、4、4、4和5、5、3、3分組后, (1)畫出按兩種分組方案的單重分組并行進(jìn)位鏈框圖,并比較哪種方案運(yùn)算速度快。 (2)畫出按兩種分組方案的雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖,并對這兩種方案進(jìn)行比較。 (3)用74181和74182畫出單重和雙重分組的并行進(jìn)位鏈框圖。解:(1)4444分組的16位單重分組并行進(jìn)位鏈框圖見教材286頁圖6.22。5533分組的16位單重分組并行進(jìn)位鏈框圖如下:(2)4444分組的16位雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖見教材289頁圖6.26。 55

49、33分組的16位雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖如下:5533分組的進(jìn)位時(shí)間=2.5ty´3=7.5ty;4444分組的進(jìn)位時(shí)間=2.5ty´3=7.5ty;可見,兩種分組方案最長加法時(shí)間相同。 結(jié)論:雙重分組并行進(jìn)位的最長進(jìn)位時(shí)間只與組數(shù)和級數(shù)有關(guān),與組內(nèi)位數(shù)無關(guān)。(3)單重分組16位并行加法器邏輯圖如下(正邏輯):注意: 1)74181芯片正、負(fù)邏輯的引腳表示方法;2)為強(qiáng)調(diào)可比性,5-5-3-3分組時(shí)不考慮扇入影響;3)181芯片只有最高、最低兩個(gè)進(jìn)位輸入/輸出端,組內(nèi)進(jìn)位無引腳;4)181為4位片,無法5-5-3-3分組,只能4-4-4-4分組;5)單重分組跳躍進(jìn)位只用到18

50、1,使用182的一定是雙重以上分組跳躍進(jìn)位;6)單重分組跳躍進(jìn)位是并行進(jìn)位和串行進(jìn)位技術(shù)的結(jié)合;雙重分組跳躍進(jìn)位是二級并行進(jìn)位技術(shù);特別注意在位數(shù)較少時(shí),雙重分組跳躍進(jìn)位可以采用全先行進(jìn)位技術(shù)實(shí)現(xiàn);位數(shù)較多時(shí),可采用雙重分組跳躍進(jìn)位和串行進(jìn)位技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)。第七章 指令系統(tǒng)1、什么叫機(jī)器指令?什么叫指令系統(tǒng)?為什么說指令系統(tǒng)與機(jī)器的主要功能以及與硬件結(jié)構(gòu)之間存在著密切的關(guān)系?答:參考P300。2、什么叫尋址方式?為什么要學(xué)習(xí)尋址方式?答:參看P310。4、零地址指令的操作數(shù)來自哪里?各舉一例說明。答:零地址指令的操作數(shù)來自ACC,為隱含約定。在一地址指令中,另一個(gè)操作數(shù)的地址通常可采用ACC隱含

51、尋址方式獲得。5、對于二地址指令而言,操作數(shù)的物理地址可安排在什么地方?舉例說明。答:對于二地址指令而言,操作數(shù)的物理地址可安排在寄存器內(nèi)、指令中或內(nèi)存單元內(nèi)等。8. 某機(jī)指令字長16位,每個(gè)操作數(shù)的地址碼為6位,設(shè)操作碼長度固定,指令分為零地址、一地址和二地址三種格式。若零地址指令有M條,一地址指令有N種,則二地址指令最多有幾種?若操作碼位數(shù)可變,則二地址指令最多允許有幾種?解:1)若采用定長操作碼時(shí),二地址指令格式如下:OP(4位)A1(6位)A2(6位)設(shè)二地址指令有K種,則:K=24-M-N當(dāng)M=1(最小值),N=1(最小值)時(shí),二地址指令最多有:Kmax=16-1-1=14種若采用變

52、長操作碼時(shí),二地址指令格式仍如1)所示,但操作碼長度可隨地址碼的個(gè)數(shù)而變。此時(shí),K= 24 -(N/26 + M/212 ); 當(dāng)(N/26 + M/212 )£1時(shí)(N/26 + M/212 向上取整),K最大,則二地址指令最多有:Kmax=16-1=15種(只留一種編碼作擴(kuò)展標(biāo)志用。) 11. 畫出先變址再間址及先間址再變址的尋址過程示意圖。解:1)先變址再間址尋址過程簡單示意如下: EA=(IX)+A,IX®(IX)+12)先間址再變址尋址過程簡單示意如下:EA=(IX)+(A),IX® (IX)+116. 某機(jī)主存容量為4M´16位,且存儲字長等

53、于指令字長,若該機(jī)指令系統(tǒng)可完成108種操作,操作碼位數(shù)固定,且具有直接、間接、變址、基址、相對、立即等六種尋址方式,試回答: (1)畫出一地址指令格式并指出各字段的作用;(2)該指令直接尋址的最大范圍;(3)一次間址和多次間址的尋址范圍;(4)立即數(shù)的范圍(十進(jìn)制表示);(5)相對尋址的位移量(十進(jìn)制表示);(6)上述六種尋址方式的指令哪一種執(zhí)行時(shí)間最短?哪一種最長?為什么?哪一種便于程序浮動?哪一種最適合處理數(shù)組問題?(7)如何修改指令格式,使指令的尋址范圍可擴(kuò)大到4M?(8)為使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一位置,可采取什么措施?簡要說明之。解:(1)單字長一地址指令格式:OP(7位)M

54、(3位)A(6位) OP為操作碼字段,共7位,可反映108種操作; M為尋址方式字段,共3位,可反映6種尋址操作; A為地址碼字段,共16-7-3=6位。(2)直接尋址的最大范圍為26=64。(3)由于存儲字長為16位,故一次間址的尋址范圍為216;若多次間址,需用存儲字的最高位來區(qū)別是否繼續(xù)間接尋址,故尋址范圍為215。(4)立即數(shù)的范圍為-3231(有符號數(shù)),或063(無符號數(shù))。(5)相對尋址的位移量為-3231。(6)上述六種尋址方式中,因立即數(shù)由指令直接給出,故立即尋址的指令執(zhí)行時(shí)間最短。間接尋址在指令的執(zhí)行階段要多次訪存(一次間接尋址要兩次訪存,多次間接尋址要多次訪存),故執(zhí)行時(shí)

55、間最長。變址尋址由于變址寄存器的內(nèi)容由用戶給定,而且在程序的執(zhí)行過程中允許用戶修改,而其形式地址始終不變,故變址尋址的指令便于用戶編制處理數(shù)組問題的程序。相對尋址操作數(shù)的有效地址只與當(dāng)前指令地址相差一定的位移量,與直接尋址相比,更有利于程序浮動。(7)方案一:為使指令尋址范圍可擴(kuò)大到4M,需要有效地址22位,此時(shí)可將單字長一地址指令的格式改為雙字長,如下圖示:OP(7位)MOD(3位)A(高6位)A(低16位)方案二:如果仍采用單字長指令(16位)格式,為使指令尋址范圍擴(kuò)大到4M,可通過段尋址方案實(shí)現(xiàn)。安排如下: 硬件設(shè)段寄存器DS(16位),用來存放段地址。在完成指令尋址方式所規(guī)定的尋址操作

56、后,得有效地址EA(6位),再由硬件自動完成段尋址,最后得22位物理地址。 即:物理地址=(DS)´26 + EA 注:段尋址方式由硬件隱含實(shí)現(xiàn)。在編程指定的尋址過程完成、EA產(chǎn)生之后由硬件自動完成,對用戶是透明的。方案三:在采用單字長指令(16位)格式時(shí),還可通過頁面尋址方案使指令尋址范圍擴(kuò)大到4M。安排如下:硬件設(shè)頁面寄存器PR(16位),用來存放頁面地址。指令尋址方式中增設(shè)頁面尋址。當(dāng)需要使指令尋址范圍擴(kuò)大到4M時(shí),編程選擇頁面尋址方式,則:EA =(PR)A (有效地址=頁面地址“拼接”6位形式地址),這樣得到22位有效地址。(8)為使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一位置,尋址范

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