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文檔簡介

1、2020/8/28,1,第一章 信息與計(jì)算機(jī)基礎(chǔ),2020/8/28,2,本章主要內(nèi)容,信息與信息技術(shù),計(jì)算機(jī)的概況,計(jì)算機(jī)的信息表示和編碼,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其組成,個人計(jì)算機(jī)選配,信息安全技術(shù),2020/8/28,3,1.1.2 信息的加工和處理,信息應(yīng)經(jīng)過組織、加工、提煉處理后才能為人們所利用。信息處理就是對原始信息進(jìn)行加工,使之成為適用的信息。信息處理過程包括信息獲取、信息加工、信息轉(zhuǎn)換、信息反饋及信息輸出5個階段,如下圖所示:,2020/8/28,4,1.2 計(jì)算機(jī)的概況,1. 計(jì)算機(jī)的發(fā)展 2. 計(jì)算機(jī)的分類和特點(diǎn) 3. 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和趨勢,2020/8/28,5,世界上第一臺計(jì)算機(jī)EN

2、IAC(埃尼阿克),產(chǎn)生:1946年,美國 18000個電子管, 10000多只電容器 7000只電阻,1500多個繼電器。 重達(dá)30噸,占地179平方米 耗電:150kw/時 速度:5000次加法運(yùn)算/秒,2020/8/28,6,1. 第一代計(jì)算機(jī),第一代為電子管計(jì)算機(jī)(從1946年到20世紀(jì)50年代末期),其主要 電子器件是電子管。 特 點(diǎn): 體積大、耗能高、速度慢(一般每秒數(shù)千次至數(shù)萬次)、 價(jià)格昂貴,主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、軍事等領(lǐng)域。,2020/8/28,7,2第二代計(jì)算機(jī),第二代為晶體管計(jì)算機(jī)(從20世紀(jì)50年代中期到60年代末期),其主 要電子器件是晶體管。 增加了浮點(diǎn)運(yùn)算,使用了F

3、ORTRAN、COBOL和ALGOL60等高級程序 設(shè)計(jì)語言,有了操作系統(tǒng)的雛形系統(tǒng)管理軟件。,2020/8/28,8,3第三代計(jì)算機(jī),第三代為中、小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(從20世紀(jì)60年代中期到70年代初期),其主要電子器件是中小規(guī)模集成電路(Integrated Circuit,IC),內(nèi)存儲器普遍采用半導(dǎo)體器件,存儲容量進(jìn)一步提高,可靠性和存取速度也有了明顯的改善。,2020/8/28,9,4第四代計(jì)算機(jī),第四代計(jì)算機(jī)由大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路組裝成的計(jì)算機(jī)(從20世紀(jì)70年代初期至今)。采用VLSID(超大規(guī)模集成電路)和ULSID(極大規(guī)模集成電路)、中央處理器高度集成化是這一代計(jì)算機(jī)

4、的主要特征。 當(dāng)前市場上常見的微型計(jì)算機(jī)都是第四代計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。,2020/8/28,10,1.2.2 計(jì)算機(jī)的分類和特點(diǎn),“分代”代表了計(jì)算機(jī)縱向的發(fā)展,而“分類”可用來說明計(jì)算機(jī)的橫向比較。 根據(jù)美國電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)的一個委員會于1989年11月提出的標(biāo)準(zhǔn)來劃分,可把計(jì)算機(jī)劃分為巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、工作站和個人計(jì)算機(jī)5類。,2020/8/28,11,1.2.3 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和趨勢,數(shù)值計(jì)算 數(shù)據(jù)及事務(wù)處理 自動控制與人工智能 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng) 通信與網(wǎng)絡(luò),2020/8/28,12,1.3 計(jì)算機(jī)的信息表示和編碼,2020/8/28,13,計(jì)算機(jī)的信息表示是采用二進(jìn)制數(shù)據(jù),原

5、因如下: (1)容易實(shí)現(xiàn) 僅有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的物理元件在技術(shù)上是很容易實(shí)現(xiàn)的,如電位的高和低,0和1這兩個數(shù)字就表示這兩種狀態(tài)。 (2)運(yùn)算簡單 二進(jìn)制的運(yùn)算規(guī)則是“逢2進(jìn)1,借1當(dāng)2”。 (3)邏輯運(yùn)算 二進(jìn)制的0和1與邏輯量“假”和“真”相對應(yīng),便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行邏輯判別和邏輯運(yùn)算。,2020/8/28,14,1.3.1 數(shù)制,1 十進(jìn)制計(jì)數(shù),D,B,H,byte/bit,4 數(shù)據(jù)單位,2 二進(jìn)制數(shù)及其運(yùn)算,3 十六進(jìn)制數(shù),2020/8/28,15,1十進(jìn)制計(jì)數(shù),十進(jìn)制中使用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9這10個 符號來計(jì)數(shù),稱為10個數(shù)碼。 計(jì)數(shù)規(guī)則:逢10進(jìn)1。 例如: 3468.7

6、95 3103410261018100710191025103,2020/8/28,16,2. 二進(jìn)制數(shù)(Binary),二進(jìn)制數(shù)的數(shù)碼是用0和1這兩個符號來表示。 計(jì)數(shù)規(guī)則:“逢2進(jìn)1,借1當(dāng)2”。 例如: (101.01)2122021120021122(5.25)10,2020/8/28,17,對二進(jìn)制數(shù)可作兩種基本運(yùn)算,即算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。 二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算包括加、減、乘、除,具體規(guī)則如下: 加法:000 101 011 110(有進(jìn)位) 減法:000 011(有借位)101 110 乘法:000 010 100 111 除法:010 111 二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算包括與、或、非三種基

7、本運(yùn)算,它們的具體運(yùn)算規(guī) 則如下: 與運(yùn)算:000 010 100 111 或運(yùn)算:000 011 101 111 非運(yùn)算:,2020/8/28,18,3. 八進(jìn)制數(shù)(Octonary),八進(jìn)制數(shù)使用0、1、2、3、4、5、6、7八個符號 計(jì)數(shù)規(guī)則:逢八進(jìn)一 例如: (365.2)8= 382681580 281 = (245.25)10,2020/8/28,19,4十六進(jìn)制數(shù),十六進(jìn)制數(shù)的數(shù)碼是用09、AF共16個符號來表示。 計(jì)數(shù)規(guī)則:逢16進(jìn)1,借1當(dāng)16。 例如: (1CB.D8)1611621216111160131618162,2020/8/28,20,小 結(jié),為了區(qū)分一個數(shù)是幾進(jìn)

8、制表示的數(shù),可以使用兩種方法: 加一個大寫字母 加一個數(shù)字下標(biāo) 如:(101)B或(101)2表示二進(jìn)制數(shù) (457)O或(457)8表示八進(jìn)制數(shù) (3567.35)D或(3567.35)10表示十進(jìn)制數(shù) (789A)H或(789A)16表示十六進(jìn)制數(shù),2020/8/28,21,4數(shù)據(jù)單位,(1)位 位(bit)也稱為比特,是計(jì)算機(jī)存儲數(shù)據(jù)的最小單位,是二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的一個位,一位表示二進(jìn)制信息0或1。 例如,1001001一共有8位。 (2)字節(jié) 字節(jié)(byte)簡記為B,一個字節(jié)由8個位組成,即1B8bits。 字節(jié)是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理的基本單位。 例如,“10001100”是一個字節(jié)。通常一個

9、字節(jié)可以存放一個ASCII碼,兩個字節(jié)可以存放一個漢字機(jī)內(nèi)碼。,2020/8/28,22,經(jīng)常使用的度量單位主要還有KB、MB、GB和TB等,它們之間的 換算關(guān)系: 1KB千字節(jié)210 B1024B 1MB兆字節(jié)210 KB1024KB 1GB吉字節(jié)210 MB1024MB 1TB太字節(jié)210 GB1024GB,2020/8/28,23,1.3.2 數(shù)制的轉(zhuǎn)換,2020/8/28,24, 二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 十進(jìn)制數(shù)化成二進(jìn)制數(shù)方法:除2 取余數(shù),然后倒排余數(shù)。,用此方法求:30 D=( 11110 )B,30,15,7, 1, 1,3, 1,1, 1,0,2020/8/28,25,

10、用乘2取整法將小數(shù)部分(0.6875)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式: 0. 6875 2 1.3750 整數(shù)部分為1 高位 0. 3750 2 0. 7500 整數(shù)部分為0 0. 7500 2 1. 5000 整數(shù)部分為1 0. 5000 2 1. 0000 整數(shù)部分為1 低位,即:(0.6875)10 = (0.1011)2,2020/8/28,26,二進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換,二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù),以小數(shù)點(diǎn)為分界線。 整數(shù)部分從低位(右)向高位(左)方向每4位用1個等值的十六進(jìn)制數(shù)來替換,最后不足4位時在高位補(bǔ)0湊滿4位; 小數(shù)部分從高位(左)向低位(右)方向每4位用1個等值的十六進(jìn)制數(shù)來替換,

11、最后不足4位時在低位補(bǔ)0湊滿4位。 【例1.4】將(11000101.10011)2 轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。 解:先把數(shù)按每4位分割的方法,有:,2020/8/28,27,轉(zhuǎn)換表 八進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù) 八進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù) 0 000 4 100 1 001 5 101 2 010 6 110 3 011 7 111 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)舉例:001 101 001 110.110 100B 1516.64Q 八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)舉例: 2467.32Q 010 100 110 111.011 010B,八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換,2020/8/28,28,各進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換,2020/8/28,29

12、,1.3.3 編碼,文本在計(jì)算機(jī)中的處理包括輸入、編輯、存儲、傳輸和顯示等過程,每個環(huán)節(jié)對文本的編碼都可能不同,下面介紹幾種主要編碼方案。 1. 西文字符的編碼 2. GB23121980漢字編碼 3. Unicode碼,2020/8/28,30,1西文字符的編碼,目前,計(jì)算機(jī)中使用得最廣泛的西文字符編碼是美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼(American Standard Code For Information Interchange),簡稱ASCII碼,同時對應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)是ISO646。 基本ASCII碼采用一個字節(jié)表示一個字符,但只使用字節(jié)的低7位,所以可以表示0127共128個字符。,2020/8

13、/28,31,2. GB23121980漢字編碼,GB23121980是我國于1981年頒布的一個國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼字符集,簡稱國標(biāo)字符集,其編碼稱為國標(biāo)碼。國標(biāo)碼用兩個字節(jié)編碼一個漢字。,2020/8/28,32,3. Unicode碼,Unicode采用兩個字節(jié)編碼體系,因此它允許表示65 536個字符。前128個Unicode字符是標(biāo)準(zhǔn)ASCII字符,接下來是128個擴(kuò)展的ASCII字符,其余的字符供不同語言的文字和符號使用。 在Unicode中,ASCII字符也采用兩個字節(jié)表示,這樣,ASCII字符與其他字符的處理就統(tǒng)一起來了,這就大大簡化了處理的過程。,2020/8/28,3

14、3,1.3.4 多媒體信息,2020/8/28,34,媒體承載或傳遞信息的載體。 在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中, .媒體有兩種含義: 用以存儲信息的實(shí)體,如磁帶、光盤和半導(dǎo)體存儲器; 信息的載體,如數(shù)字、文字、聲音、圖形和圖像。,2020/8/28,35,1.3.4 多媒體信息,1. 模擬量的數(shù)字化處理 2. 聲音信息的采集與數(shù)字化 3. 圖像信息的采集與數(shù)字化 4. 視頻信息的采集與數(shù)字化,2020/8/28,36,1模擬量的數(shù)字化處理,采樣:將連續(xù)變化的模擬信號在時間軸上分割,轉(zhuǎn)成離散型的數(shù)字信號。 量化:將采樣得到的離散量用數(shù)值來度量。 編碼:將采樣、量化得到的信息用數(shù)值來度量,即用若干位二進(jìn)制數(shù)來表

15、示這些離散量。,2020/8/28,37,量化,采樣,聲音的采樣與量化,2020/8/28,38,2聲音信息的采集與數(shù)字化,聲音信息經(jīng)過采樣、量化后通常采用的編碼方案有脈沖編碼調(diào) 制(PCM)和數(shù)字式音樂光盤(CD-DA)兩種。 幾種存儲聲音信息的文件格式: 1)WAVE文件(*.wav),一種聲音文件格式。 2)MPEG文件(*.mp1/*.mp2/*.mp3),運(yùn)動圖像專家組(MPEG)代表的MPEG標(biāo)準(zhǔn)中的音頻部分。 3)MIDI文件(*.mdi/*.rmi),數(shù)字音樂/電子合成樂器的統(tǒng)一國家標(biāo)準(zhǔn)。 4)RA文件(*.ra),Real Audio,一種音樂壓縮文件格式。 5)WMA文件(

16、*.wma),是Windows Media Audio的一個子集,表示W(wǎng)indows Media音頻格式。,2020/8/28,39,聲音錄制與播放的處理過程,2020/8/28,40,3圖像信息的采集與數(shù)字化,圖像信息的采樣方法是將畫面劃分成MN個網(wǎng)格,每個網(wǎng)格是1個采樣點(diǎn)(像素,pixel),量化時將采樣點(diǎn)的色彩用數(shù)值量表示,一般用8位、16位、24位或32位的二進(jìn)制來表示圖像的顏色。 圖像文件主要有以下幾種格式 : BMP(*.bmp) GIF(*.gif) JPEG(*.jpg) TIFF(*.tif) PNG(*.png),2020/8/28,41,4. 視頻信息的采集與數(shù)字化,視頻

17、信息實(shí)際是一組內(nèi)容隨時間變化的動態(tài)圖像,其中每一幅圖像稱為一幀。日常生活中的電影為24幀/秒,電視為24幀/秒。 在PAL制式的電視信號中采用YUV彩色空間(亮度、壓縮幅度、色差),由于CRT顯示器采樣RGB彩色空間(紅、綠、藍(lán)),這就要求把YUV彩色分量再轉(zhuǎn)換成RGB值。視頻信號的編碼技術(shù)主要有JPEG、MPEG及H264標(biāo)準(zhǔn)。,2020/8/28,42,4. 視頻信息的采集與數(shù)字化,(1)影像視頻 AVI(audio video interleaved):音頻視頻交錯格式。 MOV(*.mov):美國Apple公司開發(fā)的一種視頻格式,默認(rèn)的播放器 是蘋果公司的QuickTime Playe

18、r。 MPEG(Moving Picture Expert Group)運(yùn)動圖像專家組格式,家里??吹腣CD、SVCD、DVD就是這種格式。 (2)流媒體文件 rm和rmvb格式 ASF、MP3、WMA及WMV QuickTime,2020/8/28,43,1.4 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其組成,2020/8/28,44,一個完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。,2020/8/28,45,1.4.1 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有實(shí)際物理裝置的總稱。 例如,計(jì)算機(jī)的處理芯片、主板、機(jī)箱、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)、硬盤等。 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)由運(yùn)算器(Calcul

19、ator)、控制器(Controller)、存儲器(Memory)、輸入設(shè)備(Input Device)和輸出設(shè)備(Output Device)5大部件組成。,2020/8/28,46,輸入設(shè)備,存儲器,輸出設(shè)備,運(yùn)算器,控制器,程序,數(shù)據(jù),處理結(jié)果,數(shù)據(jù)流向,控制信號流向,2020/8/28,47,存儲器就是計(jì)算機(jī)的記憶和存儲部件,用來存放信息,主要功能是保存大量的程序和數(shù)據(jù)信息,并能在計(jì)算機(jī)運(yùn)行中高速地完成指令和數(shù)據(jù)的存取。 存儲器分為主存儲器(或稱內(nèi)部存儲器)和輔助存儲器(或稱為外存儲器)。,2020/8/28,48,2020/8/28,49,軟件為了運(yùn)行、管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)而編制的各種程

20、序、數(shù)據(jù)、文檔的總稱。 計(jì)算機(jī)軟件按功能分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 1. 系統(tǒng)軟件 指控制計(jì)算機(jī)的運(yùn)行,管理計(jì)算機(jī)的各種資源,為應(yīng)用軟件提供支 持和幫助的軟件。 2. 應(yīng)用軟件 指為解決某一領(lǐng)域的具體問題而編制的軟件產(chǎn)品。目前常用的大眾應(yīng)用軟件有辦公軟件Office、WPS等,瀏覽軟件IE、NetScape等。,計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng),2020/8/28,50,圖1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各層次之間的關(guān)系,2020/8/28,51,第二代計(jì)算機(jī)語言,采用助記符代 替機(jī)器語言中的指令和數(shù)據(jù)。 (1)面向機(jī)器,速度快, 占用存儲空間小,必須通過 匯編程序翻譯成機(jī)器語言。 (2)通用性和可移植性差。,3. 計(jì)算機(jī)語言

21、,接近自然語言,由各種意義的“詞” 和“數(shù)學(xué)公式”按照一定的“語法規(guī) 則”組成。 (1)面向問題,而不是面向機(jī)器 (2)易學(xué)易改、通用性、可移植性強(qiáng);,2020/8/28,52,語言處理程序?qū)⒏呒壵Z言編寫的程序翻譯成機(jī)器語言的翻譯程序。 將高級語言程序翻譯成與之等價(jià)的機(jī)器語言程序時,前者稱為源程序,后者稱為目標(biāo)程序。 翻譯有兩種方式:編譯方式、解釋方式。 編譯方式:將高級語言源程序通過編譯程序翻譯成機(jī)器語言目標(biāo)代碼,再連接裝配得到執(zhí)行程序并運(yùn)行。 解釋方式:通過解釋程序?qū)Ω呒壵Z言源程序進(jìn)行逐行解釋,解釋一句執(zhí)行一句,不產(chǎn)生機(jī)器語言目標(biāo)代碼。,2020/8/28,53,圖1.4 編譯過程,圖1.

22、5 解釋過程,便于對源程序進(jìn)行調(diào)試和修改,但處理過程較慢。,2020/8/28,54,1.4.3 微型計(jì)算機(jī)的 配置、選購與組裝,2020/8/28,55,1計(jì)算機(jī)配件的選購原則,在購買和組裝計(jì)算機(jī)時,對計(jì)算機(jī)配件的選購可以根據(jù)以下原則: (1)需求購買原則是以實(shí)際需求為主要目標(biāo)。 用于:專業(yè)制圖?編程?設(shè)計(jì)?辦公?娛樂游戲等? (2)選配 以視頻制作為主的計(jì)算機(jī),需要性能高的CPU、高配置的顯卡、大容量內(nèi)存和硬盤。 以辦公、學(xué)習(xí)、娛樂、上網(wǎng)等為主的計(jì)算機(jī),參照市場主流配置,能運(yùn)行主流的操作系統(tǒng)和常用的辦公軟件就可以了。 以軟件開發(fā)為主的計(jì)算機(jī),需要配置性能高的CPU、大容量內(nèi)存和硬盤。 (3

23、)預(yù)算和詢價(jià)可以通過網(wǎng)上和計(jì)算機(jī)市場多個途徑了解產(chǎn)品信息和價(jià)格信息。 (4)優(yōu)化方案 (5)市場采購,2020/8/28,56,(1)字與字長 基本字長:運(yùn)算的數(shù)的基本位數(shù), 由加法器、寄存器、數(shù)據(jù)總線的位數(shù)決定;字長標(biāo)志著精度。 計(jì)算機(jī)表達(dá)和處理信息,以字節(jié)為基本單位,用B(byte)表示,一個字節(jié)等于8位二進(jìn)制位(bit)。,(2)主頻 主頻內(nèi)核電路的實(shí)際運(yùn)行頻率。 外頻主板為CPU提供的基準(zhǔn)時鐘頻率。 倍頻主頻和外頻相差的倍數(shù)。 主頻外頻倍頻,1. CPU的主要性能指標(biāo),2020/8/28,57,(3)時鐘頻率: 外頻,影響CPU與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)交換速度。 (4)地址總線寬度:決定CPU

24、訪問的物理地址空間。 (5)數(shù)據(jù)總線寬度:決定系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量的大小。,2020/8/28,58,1.內(nèi)存是由記憶元件和電子線路構(gòu)成。,(1)半導(dǎo)體隨機(jī)存儲器RAM 作用:臨時存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)及臨時調(diào)用的 系統(tǒng)程序。存放當(dāng)前參與運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。 特點(diǎn):容量大、可讀可寫、信息無法長期保存。,通常以RAM的容量來表示微機(jī)的內(nèi)存容量。,DDR內(nèi)存,SDRAM 內(nèi)存,2.主存(內(nèi)存),2020/8/28,59,動態(tài)RAM:DRAM(Dynamic RAM), 可由四個、三個或單個MOS管組成,依靠MOS管中的柵極電容來存儲信息。 特點(diǎn):比SRAM集成度高、功耗小,成本低,一般用 來組成大容量主

25、存系統(tǒng)。,(2)半導(dǎo)體只讀存儲器ROM(Read Only Memory) 作用:存放一些需長期保留的程序和數(shù)據(jù),CPU對它只能讀(取數(shù)據(jù)),不能寫(存數(shù)據(jù)), ROM保存的信息不受斷電或關(guān)機(jī)的影響。,2020/8/28,60,ROM種類有很多,常見的有: 固定ROM:廠商寫入,用戶無法改寫。 一次可編程ROM(PROM):允許用戶利用專門的設(shè)備(編程器或?qū)懭肫鳎懭胱约旱某绦?,但一旦寫入便無法修改。(可寫入) 可擦除可編程ROM(EPROM):可以利用編程器寫入程序,也可以對內(nèi)容進(jìn)行多次修改。 有兩種:紫外線擦除和電擦除。(可修改),2020/8/28,61,(3)高速緩沖存儲器(Cache) CPU速度越來越快,動態(tài)隨機(jī)尋存儲器(DRAM)的速度受到制造技術(shù)的限制,無法與CPU的速度同步,因此導(dǎo)致CPU需進(jìn)入等待狀態(tài)因此速度降低。,作用:緩解高速的CPU和低速的DRAM之間的矛盾,提高 整機(jī)的工作效率。 特點(diǎn):速度快、信息不能長期保留。為提高的工作效率, 盡量增大Cache的容量和采用回寫方式更新數(shù)據(jù)。,2020/8/28,62,Cache 通常

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