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51'm|¡1aça°o' 10'gl'ca de umd' ma'qu1'na de busca.

IJIM' MI'||)A .F lll"IL'l|."fll"I,' AI<()_UII'I."I"IIIM l'^ll^ IJMA MÃ)'I¡IPJA Ul ,|'.'IA IALIVMIMNT'0 Dh' INSTRUÇOES DC° UM MICROPROCE°.9.§AIK)R Rl.›"(.' I' $..'¡¡.'›

(›'aldL-|1t›1'›( B(›t11r.¡' .)u.lllÀDl'Prof. Assist011tcDL'E--TEC.-UNE.SP

Lui*~ 0ta'v1'o S.1'¡'.n-¡'v.|' rer*rc¡'raM¡¡t(3ra'ndo E-ng. L-'1L-'tr1'ca'LE'D-¡"L".r'-Jl.NÍC^hlP

h'c¡'l E-ubve-'n1'o L'.1'nctt¡'er|' F¡'1ho' b'r.¡'dL›a-ndo C1'e'nL'1'¡.' d.1 Computaça.o

DCC-U›NIL"ABIPPaulo liernA"ndL-›' de S,a'o Pedro

C.1'aduando L'1'e'nL'¡'a da Com.putaça'oDCC-UNICMÍP

SUMÁRIO

Este trabalho apres°L-nta a arqu1'tetura e os re=.ult.1dos da

do\¡!o=.tx'a ta_m

1'ntegr.1'nte"p1'pe11'ne de um m1'croprocessador RISC de' 32 b1'ts.be'n. as SOIUg*o'es encontradas pa'ra o problen.a de acesso a' mem_o'r1 a. dev1 do ao uso com.part1'1ha'do do_duto de dados' e Vendereços.pe14's ma'qu1'nas que compo'em o "p1'pe11'ne". COIOL°3 al'nda os m e1 osut1'11'zados para ot1'm1'zar a ocupaça'o de memo'r1'a pelo co'd1'gvo de1°nstruço'es do m1 crOprocessador.

SUMMARY

offetch

mach1'rxe. It s'hows the- solut1'ons met to solve tlxc memory aces<.

T|11's p.1per prescnts thc d'rch1'teture and the res ult.."-

the log1'r. sn'.nuld't1'on of a 32 b1'ts RISC m1'cron._rou*es<.or'›'

t1'mc probl em due the shd red use of the data and a'dress buses b,vthe Inachl'nes' that are parts of-the p1'pell'nc-. F-1'nall»_- thl'.'~p.1pç1r.shows the methods u=. ed to opt1'm1'ze the mLa^mor',v ocç'upar.1'o¡1 h\- tht'1'n›'truct1'on code of^ thc' m1"L'r0proç'es*sor.

.*|lX Semmáno ADUNESP~Guara|inguelá - pp 76_93 .

' | - _._.__L'I-Hmd"-^"í_°

_ l.'-›'IL~ tra'l›allxt› r\r.1'_ta' d.¡' x.'¡'›nulag'a'o L'fL*IU<I'IJ.l' l1d' m.¡"1Lu¡'nn do

bus.L'u'°do m1'u'roproc'e.<.x'a'dor l.OGA-01.|1I.

0 l.Ob°A-()l e' um |¡|¡'cro¡›roccss'_.l'c|or RISC de 3'.› bnts' q_ue f01'COllL4'CÍ11'dO p01' uma eqt11'¡1e dc m1'croeletro-n|'ç'a'd¡'_g1't.1l dvo LE-D-UNl CAMP.

0 mu'c'ro¡›roa.'c>'s.'›a-clor tcrn um c¡)n)'11nto de .')' ¡'n:_tr11g'(›'o.s.(o quc-›L h..1s.'t,.¡'nt.c rn.~.o.1-'w'el L”ln s.'e.trata|\do de RISC). du.|'.s mL1"qu1'na's." tra'bulhundo em "pipelinc' (a-s m.a"QL11'nas dc bu<.ca c1 c›.xeL'uça"o). ló T_L'g1'.s'tradores de trab(1llmo.1que podem ser ut1'l¡'za'd0s.° para a ot1'm_1'zaça°o do co'd1'go gerado por comp1'1adores voltados para ¡'sso.

A.sx'mulaça-o lo'gx'ca f01' esç'olh1'da para a valx'daça'o d'o c1'_rcu1'to por ser uma t'e"cn1'ca largd'men tc ut1'11 zada. sua va11'dadeser altamente comprovada e acel'ta'n_os me1os c1'ent1'f1'cos. _

Outras te'cn1'cas de valx'daça'o foram descons1°deradas umavez que a s'1'mulaça'o J'a' fornece uma base suf1'c1'entemente prec1'sapara a confecça'o do c1'rcu'1'to integrado.

Os resultados a-te' o momento obt1'dos. e aqu1' relatados, f_oram conxs1'derados pela' equ1'pe como excelente>'. em v1'sta de o_utros trabal~ho RISC. nos me1'os.' acade°m1'cos.

II..\-rL1L¡1'tctura do LOGA-01

II-1) F.1'losof1'a RISCg

RISC ("'Reduced Instruct1'on Se.t_Computer") e uma f1'losof1°ade arqu1'tetura para 1n1'croproccssadores I2I. A part1'r desta f_1'losof1'a mu1 ta-s pe<_qu1"s'as esta'o s.endo atualmente rea11'zadas no>'me1 os acadeAm1'L'os e 1'ndustr1'a¡'s. Em conseque'11c1'a va'r1'as est_aço'es de tr_abalho ("workstat 'ons") te'm 51 do recentemente lan'ç_a'das no mercado baseadas e~m m¡'croproce ssadores RISC.

'Ab' pr¡'nc1'pa'1's' caracterx'st1'cas de uma arq_111'tetura RISC sa~o.'

-- conJ"unto de 1'nstruço"es redu21'do.°- 1'nstruço'es com f-ormato f1 xo.'- e.xccug'a'°o em "p1'pL-11'ne".'- gr.1ndc nL¡'Ine'ro de regl'stradores.'- e.<0L*uçu"o dc* 11m4' 1'n.str|1g_'a"o. por c1'clo dc r010'q.1'o.'

II-.') A›'›¡eL'to›' gcra1'scO l.0(.'\,-()l c L'OmpOb'ÍO dc du¡.¡'§. ma'qu¡'na5' tr.¡-l.›.1lha'n(lo em

4.'...'s-l¡nL-" (f|"gvu¡'.'n l). A pr¡'mc¡'rn ma'qu¡'na'. a de btn.~'<.'a_. e rc_.<nl Semmário ADUNESP-Guaratihguelá 'n.ov-88

mento c L°oloca'g'a"o \r.|' I- Il"0.a

A'scgunda md"a¡u¡'¡la. a de~ exeL'11g-.¡'°›(. e rc.spon>'a'vcl pc-1.1' rc-t¡'A pa-ss.agemrada de 1'nstruço'es.' da l"ll"t)' e de sua chL'u,r'a'o cm ›°¡'.

de 1'ns-trug'o'es de um.1 m.1'(¡u1'n.1 p.1r a outr).' e' f(-¡'tn pclo duto EXEC,.

Nesta arq u1'tet›nra'. c.<1'~.'tem d01'5' duto<. que ›*a'o compart1'lh_a

dos entre as ma'qu¡'nas. o DUTO dc› DADOb“ e o DUT() de ENDE-REÇOS. 0

gerencx°amcnto de5's.e5' dut.o<. e' fe1'to pela'q. 10'L71'L'35 de controlc d.¡'

ma'qu¡'na dc buscu' e da ma"1nxn.l'¡11. de P.XCL'|J§'.l'-O. Est1.s° lo'g1'cns de

controle ›°c comun1'c1.'n¡ atrave"s do Dl1r'() e (.'ONTROLE- e dec1'<iem q lJal

das ma'qu1'nas tcm acesso aos dutos.

.Na ma'qu1'na de execuça'o ex1'stem 19 reg¡'stradores. sendo 16

reg1'stradores de uso geral. um contador de programa. um para e_n

de reçamento do dado correntemente man1'pulado c- m para as 51'n_a

11'zaço-es (_"f1.ags").

.

.._.-._--

.

Dor o &l

üdados

-91ca vucontrols do

oxocu o

l Mquxna32 de execução

/.3

Mqu¡'nade busea

I ÍO de CONÍROL

r-l'gura 1 - Arqu1 tetura do L0(.'1\-()1.

0 L0(›'A-()1 tcm lJm L'on)"unto dc~ 2)( L'n<.t1'ug'0'c*<. com f0t'm.l't›« f_l'

xo nos lb' pr1'n¡e1'ro<. ›l¡'ts. EStL'S b1'ts 5'a-'(› o<.. 1'c<.[›onsa"x'c*1'›' ¡›L'l"

L'0'd¡'go dc 0p0.ra'g'.¡"o. paraalnetros dc CXCL'U§'lc'_0 L' r05v1'str.1'dores.'F-..'II.*-'

pul.1'do›' pcld' 1'ns.*tru_g'a"o. Os lb l›|'t<. r0s.'t.|'¡1rL~s.' x.'.|'"«) dc›t'1'n¡"(l\L< .""^Sru ..uma constanxtc opL°¡'or|.n-1 1ruc pOdL' cx1'5't¡'x' t~m L'L'rtOH_' k'1n\..'P¡x.".

a<.s¡'m pu'ra sc ot¡'m¡.*1.r u' nL'u¡¡.|'g-J-”r› dc_\ mL-n¡r›'x'1'.|~ .¡'s.' I'z¡9.tx'¡¡\"v".--C010L'ndd'5' SUL'c<..9|'va'mL-¡ltc, mL”.H'nl() ¡(11('4 t'¡'«¡a¡L-xn dc'~“.l'¡lnh.l'o.'|x' (""

M.r9'IX Semináno ADUNESP-Guaralmguelá

/›¡'

_ ,. ...... u\. ...L...unn.n' um~ ›..' bat~.'. A f¡'gura Z 1'lu›'tr.l' 4 l_¡

..-'.°c' *.L-.n.(›'¡'¡1. (ÍL' 3.7 hxt5°. c_tod.¡'.s a.s m.¡'ne|'rd's p0551.'vc1's dc oc_u\

n'\J..

F.1'gura 2 - Mapa' de ocupaça'o de memo'r¡'a.

II-.3) Ma'qu1'na' de bus'ca'O

Es ta ma'qu1'na' e responsa'vel pelo pr1'me1'ro esta'g1°o do"p1'pe11'ne". o'u se.1'a. o da busc~a de 1'n.<truço°es em memo'r1'a.

A ma'q.u1'na de bUSL'd' e' busca L'omposta' de.'

- Reg1'strador de_.ende1'eg°o de bu5L'a.' local onde sé a~rm.az_ena o endercg'o da' pro'.x1'ma- 1'n.<truça'o a ser c*u-rrc*g.¡'du' na FIFO,'

- Porto de erltrada dc~ 1'n.<truç_o'e.<.' Iocal por or.dL= .1's

truço°es v1'ndas pelo duto de dados te°m acc~sso a~in__s

ma'(1u1'na de bu.<ca.'- Lo'g1'ca de a'esloc.*amento.' elemento re.<pon.=a'\'el pelo

nhamento da 1'nstruça°o receb1 da e sua colocaça'o na F-IFO.'- Decodx°f1'cadores dc entr1.dd'/sa-1'da da FIFO.' elcmento<~ o_n

de esta'o armd'zenados os 1°dent1'f1'L*adore.s' do rL'2\l'StTd'd0T d'd' P'Ir-Oque 1'ra' receber/en\'1'ar a pro'x1'm.a 1'nstruç1.'o.'

(1'11'

- 1.o'q_1'ca de L'ontrole da ma'qux'na de bUSL'J'.' coordenadorv decada uma das at1'v1'dades da md"1(p1'na de bllb'CJ' e res r>on~.“1cd\'cvl p.'^'la

,51'ncron¡".›7aça"o des.'ta ma'(¡u1'na L'om a m.1'ç¡_111'na dL= exeL'Uç'a'o.'- r-1_r-o.- L'o'n1_'unto de reg1'.<tradore›'_. em ane¡. onde .1s ¡'11_s

truço'es sa'o tempor.1 r1 amcnte arma.~enad¡.'.s' para' po_<ter1'or rt=t1'r.1'(lapela ma'qu1'na de CY.CL'llÇa_O.

III. S¡'m1¡l.l'cA.l"olo'I1'L'a

lII~ l) lnt roducão

l)«-ntx'c os.' mL.*'r<›cíos p.1'r.¡-' .¡' x'.¡-l1'dd'g'.n"o dc txm >°¡'›*tL*m.1 d1'5'¡'tu'lIrL-'s.' QUL' ~.'.›-'o Inu'l'ç. n1~.'.1'do~'

' IS wr vlano AOUNESPl-Guatatmguelá nOv-887 _...

- Vcr1'f|'cag'u'o.°- SÍntese anxtomn't1'L'a'.

A stnte-se autom.1't¡'u.°'n gav'.|'1¡te n.' c<›rrcça"o por L'¡›II~°trua'.I-°o.Cdesdc- the o "SOÍÍW|«'TL"' qn1u~ a fa'g'a tenl¡.1. 51'd0 v1.'l¡'d.l'd7n .¡-ntL*¡'1'(›_rmcntc~. A 51'ntes'L\ au1.'oma't1'ca p)(d9 x.'L'r de dn'verso~.° n1've.-¡'s_'. .1'tu.1'_1mente .1. .s'¡'nte5L\ ma'1's' d1't'|¡nd1'cla 'L' .¡' p.¡'ssaq_4c~m do n1'»'cl l«L› ,v›orta's.

I.".s'lo'g1'ca°».v. ou dc L~<1¡x_›.~g*o'cs mlole1.ru'.1-.-.' ¡›.›'x'a o n¡'\'el de "1.¡',x›<.wnxn".' tc tl'¡›o de s.1'11t<*<_t' L~' fc.1'to pel›(..- Challl.1d05.' L'omp1"l.1'nlo.~'os.' dL' :'1'1__L'

o. Para n1'~'cl'›' ma¡'b' .¡'b<.t.r.l'tO›“ d'c rcpresclmta'ça'o d(› s.'1'stc~n|u' .¡"4

ntese autom_a't1'ç'a' e' mu1 to restr1'ta e some nte e usada em a'p11'c_aC

S ›-\

›-

g'_o'es mu1'to part1°cu1ares. como a construçn'o de' matr'1'zes de tra'_n_s¡'stores («"ga'te-arra,vs").

OA verx°f1'caça°o e o me'todo Ina'1's formal dos tre's. Ex1':'temduas'abordagens ba'51'L'as de ver1'f1'ca'ça'o de 51'stemas d1°g1"ta1's.

dos1'stema com a su.a eSpec1'f1'caça'o. Exemplos t1'p1'cos desta abord_a-

Na pr1°me1'ra abordagem tende~se a checar a› descr1'ça'o

rulegem sa°o os c11eL*adores. de regra de _nr0J'e_t'_~' (dc.s°1'gncheckers" - DRC) e os ver1'f1'L'ad01'es de tempor1'zaça°o ("t1'm'1.'ng").

Na SL15vunda abordagem bu5L'a-se a ver 1°f1°caça'o de equ1'\'-a1e'_n

c1'a entre 1101's n1've1's de abstraç.1"o do s1'stema. Por e.xemp1.o.u1naver1'f1'.raç."."n entre o n1'vel de descr1'ça'o co¡nportamental coxn o n_1'

vel de portas 1()'g1°cas.Por f1'm temos' a 51'mulaÇA"o, onde uma descr1'ça'o do 51 stema

4

e' exc1'tada por'vetores de teste e o comportamento 51'mulado do51'stema e compar1.~do com o eSper1ç-do. '

Essa sz'mulaça'o pode ser fe1'ta em d1 versos n1'v_e1's de. ab_strag~a'o. como por exemplo n1've1 lo'g1'co. n1've1 e1e'tr1'co, de ca p_ac1'ta”nL'1'as (1'ntc1°med1°a'r1'o). etc.

a

V1'a de regrn a 9~1'mttlaça'o e um me'todo bas'tante oxleroso cmtermos de tempo de conaputaça'o. Por ex-cmplo um VA.K-785 alL'ang'a*_no ma'x1'mo 20000 avalx'1.ço-e.a' de portas por segundo. um1c*

50)(de trahalllo t1'pl"ca 6000 .1\r1.ll'aç'o'esnpor 5L*gundo..um P(.'/+\Ta\'aln'aç-o°es pa ra um c1'rcu1'to dc 50(›0 portas |3|.

cSendo .›'›'.s'¡'m ¡›ura' um c¡'rcu1't'o VLSI na'o c- f*a'L't1'vel u' s¡'ml¡l_l.'g'.l'.o exaust1'va dc' toda'<.A a's k'Oll|Í)l'n.l'g'0-CS dL~'c'ntru'd.¡'s e L“.\'t.l'(l()s_' dL'51'ste.ma. A .s'1'mulag'a'o do m 1'L'K'OpTOCCSb'gl'd0r 8080 da ÍlltL“l. Pu Y

c<.cm¡›lo. 5L' fos.'s.'c fc'|'ta' L~\..1'L¡.~'t1'valnc'ntc› lcvar¡'a dcz clc›x'.n'd›« ¡. .."

4'no›' proç°ce.s.|'ncl(› num VAX-¡'85. Dea.'se modo. .¡' mc*t0d011)g'|.l' 11t--4

zada' c 1. esç'ollua' dc 11m .s¡¡l›-L'onJ'I›nto s'1'q_n|'f|'g'.n'r1'xrn. l|t'\.\"'.' ,'r '

|X' Sommàrio AD'UNESP-GuatalmgueláI

POU 63

80

estag.~a"o.

n,'§

c~|olultv ¡¡(' CIllr.l'dJ'5 e° L'8.'t.l'do.s'. que GCn.'§.c:1t¡'m d'$ 5'1'tUa'~ -..'-.¡-¡s. do tr.1l).l'll\0 do ›'l'~.'tcma e essc sn¡h-L'x›n1"unto e' L'f'ct1'va

...-L-' s^1mulJ'do. vnllda-ndo ass.-¡'m o-s¡'stema p1.ru' es°s.c .<.u›l-L't)'n)'un -f .

.'u“ L~s¡›L'L'xf¡co.

lllv.”) .|\«"t.1'dt› ut1'll'.,'d'nlo

lll-.?-Il ~'“¡'¡11¡11.¡'d<›r .1«1ot.¡›'do

0. [›ro__L›r.¡°ma' ("b'0ft\v'd'rL"') ut1'll1'.'.1"do ¡›1.r.|' .1- ~.'1'n¡x¡l.1'g°a'o L'x›'v___1'L°J't'o¡' d'c.~>'c\nv01»1›dx›4 r1.a UNICAhil›) _¡1-'I. E.<se p¡.'L'ote trd'o'.n'111.l' L'OP.I txmalo"gv1'L'a dL~ trc^.~° cstados e com atraso atr1'bu1'vel a~ cada'.porta.

Este s¡'mu1ada'r' a_¡›esar de apresentar uma d1'f1'c1'1 1'nt_erfaceL°0m o usua'r.1'o (o que esta' sendo me1'horado e'm vcrso°es sub<.eque_ntes), nos pareceLx do ponto de v1'sta teo'r1'c'o ›'uf¡'g°1'ent~emente co_mpleto e compa'tx'vç~1 com os eqt¡1'_pamento.s ah dl'SpOSl'g'a.0 para .z' ›rel_a11'z.1ç_a'o deste pr0J'eto. Por estes mot1'vos f01' escolh1'do comoferramenta de 51'mu1aç.1'o.

III-.7-L°) r'L='cn1'L'd' de s¡'mu1.1ça'o ut1'.11'za'da'

.l\esmo sa›ndo () L()b"A um m1'cr0processador I2IS(_.“. e _port.¡-r.~to,tendo um nL¡'mero d'e portas 10'g1'cas menor que o de u1n m1'L“ro¡)roce_ssador convenc1'onal._ ser1'.1 1'nv1'a'\re1 a 51'mu1.1ça"o e.<aus.t1'\'a de t_odo o prodLJto cartç>51'ano entradas'estados do d1'spos¡'t1'vo. \¡<.s1'n.sendo foram 51'mu1.1'd-a's todas as poss¡'b1'11'dades de comb1'naço°e.< deentradas e tw.mbe'm um 5'ub-L'on.¡'unto do p roduto en.'r.."dr.°s*estadosdo c1'rcu1'to que e' s1'gn1'f1'cat1'vo e pa551've1 de 0L*orre°nç°1'a re1.1.

Por' fac1'11'da de de operwçça'o o .c1 rcu1 to or1 g1 1›a~l f01' d1'x'1'd_1'do em partes. e ea tas 51'muladas separadamente.- a¡.›o's as mod1'f1°c_aço°es n ec essa'r1'as.' as pd'rtes foram rel'ntegradas e o c1'rç'u1'to e_nt a°o fo¡' 51'nlula'do L'omo um todo .

III.~7.3) .I\od1'f1'caço'e's F.-fL>tua'dd's

Do¡'s t1 p.os dc nlod1°f1'ca'gA'o'es for.1m eEet11.1'd.1-s.. 0 1wr1'¡.nu*l'rog11'po d1'g' rc-b'pe1'to a lo'gL'L'a' do d1'%.p'051'tl'vo propr1'Lx'mcntc d¡'t.1.

." o <.Cg_7UlldO t1'p0 5'L“ feg~ nç'L'CSS¡."z'1'o por prol›lt\m.n'q._ t'e_mpur.1'1'§. L'.311_s0 ltta'd0s.' llO L'1'rL'l¡1'to.

|\.od¡'f¡'L'a'ç0't-s.' do pr1'n1c1'r<w t1'po foru'1n fcx't¡.'s.' n.z' ()t1'_m1'.'a'ç_'4"oPartoq" do L'¡'rC'Lll'to. A¡›u's.' |¡'Ina n1|'n1'm1'za'g'.1"o 1111L'¡'1.l rc'.1'11'_*.›'da

'-.'~S. dL' c¡(11.¡'g'o'0s.' l)«›¡ea-:¡.1's.'. t'c_"-5'c. poz' s¡'¡¡¡|xl.¡'g'.›°'<›_. llm c.s'tljdo"'~' l'llL' r0J'lmL'IIIL' 0C0rrL'lll «¡1¡.¡'ndo do t'unL'10r¡.l"mt-rltL› Lio m¡'

nov~88' <m'I'm'cáuo ADUNESP~Guaratmguetâ

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u.'I!Íqu

Ic _ y ~c QQO\ _'0_..... --o_

Immm fmmsg duus simphnçõcs puru u mãquinn de buscu. Na..'<'¡'r.¡. fu¡ .¡-tr'1h¡1¡'do um a'traso de .7() nanosegundos a's ¡›:)rt.1$.

kgxm ¡,-s_-(› ohtnvc'mo.s lJm "cloL'k'-' mn'x1'm0 de S.9 Mhz. 'N.a scgunda. xrnhux'n¡o~.' lll l1.l'n0.8't*g~'l.1l1L|0< clL~ J't¡“.1-.S'O 1›or porta e obt1 vemos um'L'lo«.-k"' un.1'.xx¡n<› (|O- líl _' .1\I1..~. Fc›r.1m cs.L'olh1'dos es.scs valorcs dc

|..'I'.l'.s'0 pcw¡'.s' .~'.¡'"n._cln*s.- l".7(xllncrmte. obt1'v01'.s nos processos L'.!\OS cI~7I . v¡o.s. ¡<ut¡'¡'.«' prorm~ndc~ma.s ¡'r1tc~grar o d1'›°posx't1'vo.

() p.*0J'L~t(› l.01C.:\-(11 L\nL^'o¡1t¡'.1~.s'e em fa.<e f1'n1.1 de 51 n.1¡ld'ça"o<l1. ma'qu1'na dc L.>x.ccug'a"o e L°om resultado›°. ate' A'gora. Ían1'madores.

bastante

Parte da ma'qu1°na de busca' est1.' <.endo 1'ntegrada no PMU-CB1OS de.9te ano'.. e o rc-stante <_era' 1'nç*1u1'do no PhlU-CMO.S de marçode 1989. Sendo ¡(ue 51multaneamente esta' sendo .1'n1'c1'ada a confecça'o das madscaras de 1'ntegraça'o e'm tecnolog1°a IZL para a 1'nt_egr.1ça'o' do d1'spo›'1't1'vo no pro'pr1'o laborato'r1'o do LED~UNICM1P.

V. Refere^nc1'as

|1'| B_otura Jr.. G.' Ferre1'ra. L.O..' L“anett1'er1' F.. V..' S. Pedro.' 32

Co_npg'9..

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