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笔记本电脑接口大百科①_usb3.0
2011年02月24日 电子电脑 暂无评论

  从今天开始,我将收集整理关于笔记本的各种接口资料,以便于大家查询。
  今天先介绍一下最新的usb3.0。

  本文导航
  第01页:I LOVE USB 3.0接口
  第02页:USB 3.0力战群雄
  第03页:操作系统对USB3.0的支持
  第04页:USB 3.0前景分析
  第05页:USB 3.0时代应运而生
  第06页:各代USB接口速度比较
  第07页:USB3.0芯片介绍及几种实现方式
  第08页:USB接口中的闪电和"+"号

  第01页:I LOVE USB 3.0接口


  USB是英文Universal Serial Bus的缩写,中文定义为“通用串行总线”。它是一种应用在计算机领域的接口技术。在2000年4月,如今仍为主流应用的USB2.0推出,速度达到了480Mb/s,是USB1.1的四十倍。USB2.0可以使用原来USB定义中同样规格的电缆,接头的规格也完全相同,在高速的前提下一样保持了USB1.1的优秀特色,并且,USB2.0的设备不会和USB 1.X设备在共同使用的时候发生任何冲突。
  USB3.0技术是由英特尔、惠普、NEC、NXP半导体以及德州仪器(Texas Instruments)等公司共同开发的。由USB-IF于2008年11月发布。与USB2.0接口规范不同,USB3.0接口增加了两对SuperSpeed传输数据差分信号线,可以实现数据的双向传输,支持异步传输模式。USB 3.0的最大传输带宽高达5.0Gb/s,也就是625MB/s,同时向下兼容。
  USB3.0接口规范是由Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP等业界巨头组成的USB 3.0 Promoter Group宣布的。该组织负责制定的USB 3.0标准接口与线缆样品新一代USB 3.0标准已经正式完成并公开发布。新规范提供了十倍于USB 2.0的传输速度和更高的节能效率,可广泛用于PC外围设备和消费电子产品。
  制定完成的USB 3.0标准已经移交给该规范的管理组织USB Implementers Forum(简称USB-IF)。该组织将与硬件厂商合作,共同开发支持USB 3.0标准的新硬件,不过实际产品上市还要等一段时间。截止到笔者发稿时,USB-IF已经认证了50多款支持USB 3.0的设备。

   ●如何区分USB 2.0/3.0线缆?


USB 3.0/2.0接口比较

  其实在前面接口解析已经说的很清楚了,USB 3.0的标准A型接口可向下兼容USB 2.0/1.1,其尺寸大小是一致的,但是这两种接口还是非常好区分的:

  观察颜色法,为了与USB 2.0作出区分,USB 3.0 Primoter Group推荐业者在USB 3.0接口中采用蓝色的基座,故我们可以从颜色上加以区分;

  观察触片法,这种方式更加谨慎,USB 2.0仅具备4pin金属触片,而USB 3.0则为9pin触片,前面4pin与USB 2.0是一至的,后方的5pin则为USB 3.0专属。

  至于USB 3.0的B型接口就更好区分了,USB 3.0标准B型接口尺寸比USB 2.0的更大,上部较为突出,容纳新增的5pin触片。

  观察标识法,USB 3.0的标识如下图,“SS”代表着“SuperSpeed”,在USB 3.0接口部分都会有该标识。此外,USB 3.0线缆由于增加了路线,故亦会比USB 2.0线缆稍粗。


USB 3.0标识

  ●如何区分主板USB 2.0/3.0接口?

 
主板上的USB 2.0接口及USB 3.0接口

  主板上的USB 3.0接口时比较好识别的,单从颜色上就可简单区分了,主板上的USB 3.0接口会使用蓝色基座。如果用户觉得不放心,也可查看金属触片的数量,USB 3.0插座内的触片分里外两层,外面5片里面4片,与USB 2.0的非常好区分。

  USB 3.0特性解密

  第一版USB 1.0是在1996年出现的,速度只有1.5Mbps;两年后升级为USB 1.1,速度也大大提升到12Mbps,至今在部分旧设备上还能看到这种标准的接口;2000年4月,目前广泛使用的USB 2.0推出,速度达到了480Mbps,是USB 1.1的四十倍;如今八个半年头过去了,USB 2.0的速度早已经无法满足应用需要,USB 3.0也就应运而生,最大传输带宽高达5.0Gbps,也就是625MB/s,同时在使用A型的接口时向下兼容。

  第02页:USB 3.0力战群雄


  相对于上一代的产品,USB 3.0有了很多革*命性的改进与特性。USB 2.0基于半双工二线制总线,只能提供单向数据流传输,而USB 3.0采用了对偶单纯形四线制差分信号线,故而支持双向并发数据流传输,这也是新规范速度猛增的关键原因。除此之外,USB 3.0还引入了新的电源管理机制,支持待机、休眠和暂停等状态。

  从USB 1.1的12Mbps升级到USB 2.0的480Mbps,提升幅度达到了40倍,而从USB 2.0标准升级到USB 3.0标准仅为10倍,但这10倍速度的提升却有着很大的应用意义,既然USB 3.0的数据传输率达到了4.8Gbps,要远远高于其他传输标准。

  IEEE组织最近也批准了新规范IEEE1394-2008,不过新版FireWire的传输速度只有3.2Gbps,相当于USB 3.0的60%多一点。而eSATA接口技术虽然刚刚方兴未艾,但是它目前迎来了最为可怕的敌人——USB 3.0。eSATA虽然理论传输速度可以达到3Gbps,但是相比USB 3.0来说还有些力不从心。况且USB3.0可以向下兼容USB2.0,由此一个接口可以连接多个设备。

  对于eSATA标准,它实际上是SATA接口的扩展,也称为外置式SATA接口,支持即插即用,但在功能上有很大的局限性,首先不支持供电功能,而且必须配合主板上的eSATA接口使用,这意味着无法摆脱PC的使用限制,一般只适合外置硬盘、便捷DVD光驱及电视盒等设备使用,对于时下流行的消费数码电子设备,就显得无用武之地了。

  USB PLUS前景也艰难。USB PLUS事实上就是USB和eSATA的混合体,可以提供USB 2.0出色的兼容性,同时也能提供eSATA优秀的数据吞吐量。不过USB3.0一出谁与争锋。虽然09年全球最新出货的笔记本和台式机电脑大部分都会标配USB PLUS接口,但是在未来USB 3.0才是真正的王道。


USB3.0的互联层与功耗管理

  第03页:操作系统对USB3.0的支持


  在2008年11月举行的,“SuperSpeed”开发者大会上,微软宣布Windows 7能够提供对USB 3.0的支持,但不是版本,而是稍后放出的Service Pack补丁或者一些特定的升级中。不仅仅是Windows 7,甚至Vista也有可能支持“SuperSpeed”,当然只要微软愿意。至少来看,微软的很多合作伙伴还是希望Vista能够支持USB 3.0的。

  有消息称微软目前正在紧锣密鼓的和Intel协作,Windows7 SP1会开始正式支持USB 3.0。至于Windows XP方面,我们只能依靠合作芯片方案厂商的驱动程序了。XP毕竟已经是7年前的产物了,因此我们还是可以理解的。开源系统方面, Linux明确的表示支持USB 3.0,前提是扩展主控制器界面(xHCI)规范正式发布。非公开版本号为0.95,还是一个待定的草案。

  苹果方面,按照“惯例”依旧在MacOS X是否支持“SuperSpeed USB”问题上保持缄默。不过,一旦USB 3.0兑现了如同USB 2.0一样的“即插即用”,市场上大量的“SuperSpeed for MAC”设备就会如同雨后春笋一般。


USB 3.0线缆断面秀


USB高速的秘诀——全双工

  第04页:USB 3.0前景分析


  1999年初在Intel的开发者论坛大会上,与会者介绍了USB 2.0规范,该规范的支持者除了原有的Intel、Microsoft和NEC等成员外,还有惠普、朗讯和飞利浦三个新成员。USB 2.0向下兼容USB 1.1,传输率将达到480Mbps,还支持宽带数字摄像设备及下一代扫描仪、打印机及存储设备。10年之后,小编我手里拿到这块支持USB 3.0的Buffalo HD-HXU3外置硬盘,感觉意义非同凡响。

  操作系统的支持,加速了USB 3.0的普及,而硬体厂商的支持,更会让USB 3.0遍地开花。目前尚只有NEC一家提供了USB 3.0接口的支持。它支持PCIe x1总线,可以让老旧的主板轻松支持USB 3.0。不过念其PCIe x1的数据带宽仅有500MB/s因此,在接驳设备的时候些许会有小小的瓶颈。

  谈到前景问题,我们还要说一个最为关键的普及率问题。USB 3.0看似在2010年来势汹汹,但是想扳倒根深蒂固的USB 2.0还为时尚早。有分析家预测,USB 3.0在2010年,仅仅是试水的元年。普通消费者要等到2011年,才会有大量的USB 3.0产品上市。目前的USB 3.0还属于高端产物,普及总要有些时日的。


OCZ的SSD固态硬盘,采用USB 3.0接口

  第05页:USB 3.0时代应运而生


  泡泡网移动硬盘频道1月18日 USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)接口是由微软和英特尔共同提出的一个概念,相对于过去的电脑接口,它最大的特点就是支持热插拔,可以即插即用。USB在IT产品中已经成为通用的接口规范,到目前为止差不多有超过20亿个USB设备售出。不过随着数据规模的增大,高清视频、大型游戏等、TB级别的硬盘如果通过USB理论480Mbps速度,折算成我们常用的速度单位理论值是60MB/s,但受限于信号衰减等原因,实际速度一般只有35MB/s左右,这样的速度进行传输需要太多的时间,所以USB开始了自己的升级——SuperSpeed。

  “SuperSpeed USB”(超高速USB)来了,相对于之前的USB2.0,USB3.0最大的优势就是高带宽和良好的兼容性了。

USB
USB 3.0 Logo标识

  现在,USB3.0接口增加了两对SuperSpeed传输数据差分信号线,可以实现数据的双向传输----全双工双向高速串行数据传输,支持异步传输模式,其理论数据传输率最高达5Gb/s,远高于USB2.0的480Mb/s,也大幅领先于eSATA接口3Gb/s的数据传输率。这样的优势也让USB3.0拥有众多支持者,包括Intel、HP、Microsoft,以及消费电子、移动设备与计算机等各领域的领导品牌厂商200余家。

  第06页:各代USB接口速度比较


  USB接口的更新换代,最明显的效果就是速度的提升,首先,我们就来了解一下三代USB接口的传输速率的改进。


USB的速度对比

USB 1.0-3.0标准速度提升如下:
  USB 1.0/1.1(Full Speed),1996年推出,最大传输速率为12Mbps,理论传输速度为1.5MB/s;
  USB 2.0(High Speed),目前的主流标准,最大传输速率高达480Mbps,理论传输速度为60MB/s,与USB 1.1互相兼容;
  USB 3.0(Super Speed),按照公布的规范显示,其最大传输速率达到5Gbps,理论传输速度达到500MB/s ,并且可向下兼容USB 1.0/1.1/2.0。     USB 1.0/1.1阶段,USB接口作为传统串口、并口的替代者,在传输速度方面分别为Low Speed的1.5Mbps和Full Speed的12Mbps,虽然这个速度在当时已经相对串口和并口提高了很多,但是对于大容量数据传输来说,甚至还不如现在的宽带下载速率。
  USB 2.0相比USB 1.0/1.1来说,在速率上有了质的提高,不过由于USB 2.0的工作方式为半全工(Half Duplex)模式,因此在实际传输速率上很难达到理想的480Mbps,通常实际速率只能稳定在200Mbps左右,只有在瞬间峰值才有可能达到理想状态。


USB 3.0接口示意图

  USB 3.0在速度上比USB 2.0有大幅度提高的一个重要原因就是其工作模式提升为全双工(Half Duplex)模式,因此在一个时钟周期内的数据传输效率会有较大幅度提高。
  现在的USB3.0移动硬盘系列产品包括USB3.0移动硬盘、USB3.0闪存固态移动硬盘和PCI Express to USB3.0转接卡——后者主要是为了解决目前不少电脑主机不支持USB3.0标准而提供的解决方案。

  第07页:USB3.0芯片介绍及几种实现方式



NEC公司推出的全球首款USB3.0控制芯片D720200F1

  目前,无论是Intel还是AMD尚未能够提供原生支持USB 3.0的芯片组,故目前可支持USB 3.0的主板均采用了第三方的芯片组——NEC D720200F1。

  NEC D720200F1芯片的封装面积为10*10mm,最大耗电量为1W。除了能够支持USB 3.0标准外,还可与USB 2.0/1.1/1.0接口兼容,并同样支持PCI Express和SATA等数据传输接口。该芯片在去年六月份推出,售价约15美元,即人民币102元。 

  NEC解决方案暂时是目前唯一的USB 3.0解决方案,这是基于PCI-E 2.0 X1总线实现的。目前已有不少厂商推出了USB 3.0主板,不过我们知道Intel P55/H55主板的PCH仅支持PCI-E 1.1标准而非PCI-E 2.0,带宽将受到极大的限制。

  目前针对P55/H55主板PCI-E 1.1带宽不足的问题,主要有两种解决方法:

  第一,主板集成USB3.0芯片,借用CPU中PCI-E控制器提供的带宽,使带宽能够达到500MB/s;


蓝色的接口,就是通过NEC控制芯片D720200F1桥接出来的USB 3.0接口,节省了不必要的Pcie接口。

  第二,USB 3.0扩展卡,搭载额外的PLX桥接芯片扩展带宽,利用PLX芯片整合两根PCI-E 1.1通道,使带宽提升至500MB/s。

  这款USB3.0 PCIe(gen2)转接卡同样采用了NEC D720200F1芯片,绿色PCB板材走线干净,高品质日系电容使USB3.0可以获取足够的电力支持,产品提供了两个USB3.0接口,可能略少,不过由于目前USB3.0的设备还不是很多,也基本能满足要求。

  以上的第一种方法虽然没有提升成本,但却占用了CPU中PCI-E通道,对GPU性能会有一定的影响;而第二种方法可保证GPU性能不至于下降,不过却徒增了成本。

  不久前NEC又发布了第二代USB 3.0主控制器NEC D720200A,相比首款产品大大降低了待机功耗。第二代D720200A仍然符合USB 3.0 Rev1.0、Intel xHCI Rev0.96标准规范,系统总线符合PCI-E 2.0标准,主要变化是将待机功耗降低了85%之多,在系统未连接任何USB设备的时候控制器芯片只消耗50毫瓦电力。

  除此之外,其他规格基本保持不变,比如PCI-E 2.0 x1系统接口、支持两个USB 3.0/2.0/1.1/1.0接口、电压1.05V/3.3V、温度范围0-85℃、最大功耗1.0W,而且继续采用176针FPBGA封装,尺寸10×10毫米,球间距0.63毫米,和第一代芯片针脚兼容。

  早在今年年初的美国CES大展上,名不见经传的睿思科技股份有限公司(Fresco Logic Inc.)也推出了USB 3.0芯片的解决方案,成为了业内第二家推出量产型级别的USB 3.0芯片的公司。Fresco Logic提供了两种USB 3.0的芯片解决方案,一种就是目前已知的FL 1000G芯片,而另一种是FL 1009芯片。

  FL1000G基于智原科技的物理层(PHY)研发而成,封装规格有LQFP 100针、TFBGA 84针两种,尺寸分别为12×12毫米和8×8毫米,内部整合了USB 3.0 5Gbps实体层传收器、xHCI标准主端控制器、PCI-E控制器与实体层传收器,符合USB 3.0 Rev 1.0、PCI-E 2.0规范并向下兼容,其主要优势是成本更低,非常适合中低端主板、转接卡等产品采用,

  睿思科技生产的FL1000G,与被广泛使用的NEC D720200芯片不同的是,FL1000G只能提供1个USB3.0接口(NEC D720200为2个)。

  华擎除了推出采用NEC主控芯片的USB3.0主板外,还推出了不少采用FL1000G控制器的主板,如880GXH/USB3、880GMH/USB3、890GM Pro3、H55M/USB3。

  Fresco Logic 最新发布的FL1009基于其自家的GoXtream xHCI加速引擎专利技术,已获得SuperSpeed USB认证徽标,保证性能的同时还支持低功耗模式,并能降低系统整体成本、缩短研发周期。

  FL1009完全兼容SuperSpeed USB 1.0、xHCI 1.0标准规范,可以提供两个USB 3.0接口(向下兼容USB 2.0/1.1/1.0模式),系统总线从PCI-E 1.0升级为PCI-E 2.0,这样即便使用PCI-E x1接口,带宽也能从250MB/s翻番到500MB/s,正好满足USB 3.0 5Gbps的理论速度需求。

  华硕旗下子公司祥硕科技(Asmedia Technology) 为台湾最早投入USB 3.0研发的公司,并为最早量产USB 3.0 device端控制芯片的公司之一,其下两款USB 3.0控制器型号分别为“ASM1051”和“ASM1051E”(升级版),其杀手锏就是更低的价格,报价每颗不到3美元,只有NEC电子的一半。

  ASM1051除了USB 3.0、USB 2.0与SATA 1.5/3.0Gbps物理层以外,高整合度的ASM 1051同时也整合了CPU与嵌入式RAM,而为USB与SATA设备互连的市场提供一款先进的解决方案,让用户能够更轻松地强化其储存设备性能。2009年12月成为台湾唯一通过认证的USB 3.0 to SATA控制芯片。并且ASM1051已在2009年12月底前大量出货。

  华硕的所有支持USB3.0技术的主板上,几乎都搭配有这款芯片

  威盛旗下VLI(VIA Labs Inc)已经开始试产全球首款四口USB 3.0控制器芯片VL800。

  VL800控制器支持四组下行USB 3.0接口,除5Gbps Super-Speed USB传输外,还向下兼容USB High-Speed(480Mbps)、Full-Speed(12Mbps)和Low-Speed(1.5Mbps)旧版标准。支持0.96版 xHCI规范,支持UASP协议,支持USB接口充电。

  VL800芯片目前已经开始样品出货,今年下半年我们就将看到搭载该芯片的主板产品上市。威盛也在Computex大展上展示了这款产品。

  而另一个消息是,Intel目前尚未有计划在下一代芯片组中源生支持USB 3.0接口。各大主板厂商仅仅能够通过像NEC这样的芯片解决方案来实现USB 3.0接口功能。

  第08页:USB接口中的闪电和"+"号



  有闪电标志的USB接口可实现关机充电

  笔记本USB接口附近的“闪电”标志是什么意思。其实,这表示该USB接口有关机充电功能。原理很简单,在笔记本关机后,USB供电电路仍保持工作状态,这样就可以顺利为外设充电。要知道,开机充电固然可行,但更多的电会被笔记本自身消耗,如此一来,笔记本硕大的电池甚至无法将手机电池充满就耗尽了。支持关机充电的笔记本实际上就成了一台数码能源站,而这种笔记本,通常是众多USB接口中只有一个带充电功能,这样,散热底座、鼠标等设备就不用“一直带电”了。

  另外,如今越来越多的本本上都能看到带“﹢”标志的USB接口,普通USB接口最大提供500mA电流,在遇到如移动硬盘、USB光驱等“电老虎”级的设备时,就可能无法驱动。因此,不少笔记本设计了一个“USB+”接口,该接口的输出电流可达到1000mA(1A)。这样,设备驱动能力大大增强。这个“+”标志,是大电流、稳压的意思。推荐大家购买USB接口带有“+”标志的笔记本。

  哪些设备该插到“USB+”端口上

  除了移动硬盘、USB光驱,还有哪些常用设备要插在“USB+”口上呢?答案是USB音箱、大屏MP4。USB音箱对电流要求极高,在使用普通USB口时,常常会因电流供给能力不足而导致声音劣化,音量变小等情况。另外,那些可解码720P高清视频的4英寸以上MP4播放器,往往工作电流也在800~1000mA,笔记本要正常连接这些设备,“USB+”也是必要的。比如ThinkPad X61,由于没有“USB+”,就很难驱动CC1600方案的MP4播放器

笔记本电脑数据传输接口 详细参数
接口名称 版本 Mbit/s MByte/s 推出时间 备注
USB 1.0
1.1
1.5Mbps
12Mbps
1996年
1998年
2.0 480Mbps 60MBps 2000年  
3.0 5Gbps 625MBps 2011年  
IEEE 1394 400 400Mbps 50MBps 2000年 1394a
800 800Mbps 100MBps 2002年 1394b
S800T     2007年 1394c
S1600
S3200
1.6Gbps
3.2Gbps
  2008年 1394c
e-SATA 1.5Gbps 1200Mbps 150MBps 2004年  
3Gbps 2400Mbps 300MBps 2004年  

 
一根小小的USB线缆,有着惊人的性能


通用、串行、总线 USB 3.0规范


这是A型和B型接口

USB 3.0 A型接口
"USB 3.0 A型接口

USB 3.0 A型接口
"USB 3.0 A型接口

接口特写
"USB 3.0 A型接口特写


USB 3.0 B型接口


USB 3.0 B型接口


USB 3.0 B型接口特写

USB 3.0 Micro-B接口
USB 3.0 Micro-B接口

背部带有“倒钩
USB 3.0 Micro-B接口背部带有“倒钩


USB 3.0数据线


标准A型接口公口


标准A型接口母口


标准B型接口


USB 3.0/2.0标准B型接口母口对比


USB 3.0接口采用了蓝色的规范

  USB 3.0支持全双工的工作模式,同时也新增了5个触点,其中两条为数据输出,两条数据输入,采用发送列表区段来进行数据发包,新的触点并排在目前4个触点的后方。


USB3.0(右)的针脚与USB 2.0(左)不同,在里面可以看到新增的5个针脚


  从USB 3.0接口可以看到,它还是与USB 2.0的接口有较为明显的差异。在USB 3.0接口的最前端可以看到五个触点的位置。

  USB 3.0的供电标准为900mA(USB 2.0为500mA)。USB 3.0的设计兼容USB 2.0与USB 1.1版本,并采用了三级多层电源管理技术,可以为不同设备提供不同的电源管理方案。


USB 3.0专用的数据线

  在速率和技术提高的同时,USB 3.0也对线缆的长度要求更为严格,要想得到理想的USB 3.0传输速率,线缆的长度就不能太长。USB 2.0同样也有这个问题,只不过USB 3.0的要求更高。
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机身左侧配置有2个USB3.0接口


机身右侧配置有4个音频接口


机身后端配置的接口


左侧较小的口便是IEEE 1394接口

  标准的1394接口可以同时传送数字视频信号以及数字音频信号,相对于模拟视频接口,1394技术在采集和回录过程中没有任何信号的损失,因此通常用于视频设备的数据传输和各种网络设备应用。最早的1394a拥有6Pin接口,包含了4条信号线和2条电源线,不需要额外供电,而4-PIN接口只有信号线;到了1394b时,接口增加了一面针脚,启用9Pin联接线。接下来的1394c公布于2007年6月8日,提供了一个重大的技术改进,新的接头规格和RJ45相同,并使用CAT-5(5类双绞线)和相同的自动协议,可以使用相同的端口来连接任何IEEE 1394设备或IEEE 802.3(1000BASE-T以太网双绞线)的设备,不过虽然功能强悍,但市面上一直没有匹配的接口或产品,因此迟迟不能得到应用。直到08年底,新的扩张规格S1600(理论值达到1.6 Gbps)和S3200模式(理论值达3.2 Gbps)问世,沿用了9 Pin接头和缆线,并且完全兼容FireWire 400和FireWire 800的设备。


右侧较大的是e-SATA与USB整合型接口

  相对于SATA接口来说,eSATA在硬件规格上有些变化,数据线接口连接处加装了金属弹片来保证物理连接的牢固性。原有的SATA是采用L形插头区别接口方向,而eSATA则是通过插头上下端不同的厚度及凹槽来防止误插,它同样支持热拔插。虽然改变了接口方式,但eSATA底层的物理规范并未发生变化,仍采用了7针数据线,所以仅仅需要改变接口便可以实现对SATA设备的兼容。


机身左侧接口设计:电源适配器插孔、RJ45网线接口、排风口


机身左侧接口设计:VGA视频输出、HDMI视频输出、USB2.0×2


机身右侧接口设计:音频输入输出、USB.0、DVD刻录光驱


USB3-EXC ExpressCard


USB3-PEX PCI-Express x1


USB3-PEX PCI-Express x1

  天已黑了,都半夜1点半了,不再整理了。usb3.0介绍暂到此结束,明天开始介绍hdmi接口。关机睡觉,有点困了。

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