JPS6367705B2 - - Google Patents

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JPS6367705B2
JPS6367705B2 JP58034197A JP3419783A JPS6367705B2 JP S6367705 B2 JPS6367705 B2 JP S6367705B2 JP 58034197 A JP58034197 A JP 58034197A JP 3419783 A JP3419783 A JP 3419783A JP S6367705 B2 JPS6367705 B2 JP S6367705B2
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vector
instruction
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processing device
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JP58034197A
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Yasuhiko Hatakeyama
Shigeo Nagashima
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Hitachi Ltd
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Priority to DE3401995A priority patent/DE3401995A1/de
Publication of JPS59160267A publication Critical patent/JPS59160267A/ja
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F15/00Digital computers in general; Data processing equipment in general
    • G06F15/76Architectures of general purpose stored program computers
    • G06F15/80Architectures of general purpose stored program computers comprising an array of processing units with common control, e.g. single instruction multiple data processors
    • G06F15/8053Vector processors
    • G06F15/8076Details on data register access
    • G06F15/8084Special arrangements thereof, e.g. mask or switch
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/30Arrangements for executing machine instructions, e.g. instruction decode
    • G06F9/30003Arrangements for executing specific machine instructions
    • G06F9/30007Arrangements for executing specific machine instructions to perform operations on data operands
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  • Theoretical Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Mathematical Physics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕 本発明は複数のデータ転送回路と、複数のベク
トルレジスタと複数のベクトル演算器を有するベ
クトル処理装置に関する。 〔従来技術〕 従来のベクトル処理装置では、複数のベクトル
命令を同時に実行して処理速度を上げる為に、ベ
クトル演算器(以下単に演算器と呼ぶ)及び/又
は、主記憶装置とベクトルレジスタ間のデータ転
送を司さどるデータ転送回路(以下単にデータ転
送回路と呼ぶ)を複数個持つ場合である。しか
し、実際のベクトル処理を構成するベクトル命令
群の命令数が少ない場合、これら複数の演算器や
データ転送回路が同時に使用されないことがあ
り、資源の有効利用という点で問題があつた。 そこで、例えば演算器を二個持つベクトル処理
装置においては、ソフトウエアからは二つの演算
器を一つの演算器と見做し、ベクトル演算命令実
行時に、ベクトルの偶数番目要素に対する演算を
一方の演算器で実行し、奇数番目要素に対する演
算を他方の演算器で同時に実行し、処理速度を約
二倍に向上させることが考えられる。これは、例
えばベクトル加算命令 A(i)=B(i)+C(i) i=0、1、2、…、n のように、要素番号対応の演算のみからなる単純
なベクトル命令(以下単純命令と呼ぶ)の場合に
有効である。 ところがベクトル命令としては、上記の単純命
令ばかりでなく、次のイタレーシヨン命令 A(i+1)=A(i)*B(i)+C(i) i=0、1、2、…、n のように、要素番号間にまたがつた演算を必要と
する複雑な命令(以下マクロ命令と呼ぶ)も存在
する。 上記の様にベクトルの偶数番目要素と奇数番目
要素に分けてベクトル処理を行なう様な構成を取
つているベクトル処理装置で、マクロ命令を実行
しようとした場合、二つの演算器間にデータパス
が必要となり、制御も複雑となり、実際上は実現
不可能となる。従つて、従来のベクトル処理装置
では、マクロ命令をサポートしないか、上記の様
に偶数番目の要素と奇数番目の要素に分けて処理
する構成を取らないか、又はマクロ命令はベクト
ル処理せずにスカラ処理するかの方法が取られて
おり、処理の高速化、性能等の面で不十分であつ
た。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、従来に比べて処理の高速化、
性能の向上を図ることを可能にしたベクトル処理
装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は、複数のベクトル命令を同時に並行し
て処理することにより処理の高速化を可能とする
為に、データ転送回路及び/又は演算器を複数持
つたベクトル処理装置において、ベクトル処理の
種類を識別し、モード制御用フリツプフロツプ
(FF)の指定に従つて、単純命令のみからなるベ
クトル処理に対しては、データ転送回路とベクト
ルレジスタと演算器を複数の組に分けて、それら
を用いてベクトル処理を分割して並列に行い、マ
クロ命令を含むベクトル処理に対しては、該ベク
トル処理を分割せずに実行することを特徴とす
る。 〔発明の実施例〕 第1図は本発明の一実施例のブロツク図であ
る。全体の動作概要を説明すると、主記憶制御回
路17の制御のもとで主記憶装置(以下単にMS
と呼ぶ)1から読み出されたスカラ命令はラカラ
命令読出しパス2を経てスカラ処理装置3で処理
される。スカラ処理装置3は通常のコンピユータ
であり、汎用レジスタ群3−1を内蔵している。
ベクトル命令列の処理開始を指示する命令(以下
EXVP命令と呼ぶ)が読み出されると、スカラ処
理装置3からベクトル処理装置4のベクトルプロ
セツサ制御部5に起動がかけられる。ベクトルプ
ロセツサ制御部5は、EXVP命令によつて指示さ
れたベクトル命令先頭アドレスからベクトル命令
列を読出して解読し、その結果に従つてデータ転
送回路6〜11、ベクトルレジスタ12−0〜1
2−7、ベクトル演算器13,14にベクトル命
令の実行を指示する。こゝで、データ転送回路6
〜9はデータロード用、データ転送回路10,1
1はデータストア用であり、アドレスレジスタ群
16は該データ転送回路6〜11で用いられるメ
モリアドレスを格納している。 ベクトルプロセツサ制御部5には、モード制御
用フリツプフロツプ(FF)5−1が具備されて
いる。スカラ処理装置3はEXVP命令の実行によ
り、ベクトルプロセツサ制御部5に起動をかける
と同時に、該ベクトル命令列の処理を、分割して
行うか否かのモード指示を行う。以下、ベクトル
処理を分割して行うモードをPP(Pair Process)
モードと呼び、分割せずに処理する通常のモード
をSP(Single Process)モードと呼ぶ。スカラ処
理装置3から指示されたPPあるいはSPモードは
ベクトルプロセツサ制御部5内のモード制御FF
5−1にセツトされ、ベクトルプロセツサ制御部
5は該モード制御用FF5−1の指示に従い、デ
ータ転送回路6〜11、ベクトルレジスタ12−
0〜12−7、ベクトル演算器13,14を複数
の組に分けるか否かを制御する。 第2図1にEXVP命令の形式を示す。該命令の
各フイールドの意味は下記の通りである。 R1:処理ベクトル要素数(第1オペランド) R3:使用しない B2+D2:ベクトル命令列の先頭アドレス こゝで、B2フイールドで指定される汎用レジ
スタのビツト0の内容は、ベクトル命令列の先頭
アドレスの生成には使用せず、ベクトルプロセツ
サ制御部5に設けたモード制御用FF5−1にセ
ツトして、ベクトル命令列の処理を分割して行う
か否かの指定に用いる。 今、第3図1に示したようなFORTRANプロ
グラムのDOループをベクトル命令列に変換する
と第3図2のようになる。ここで、ベクトル命令
列15−1〜15−5及びベクトルデータA(i)、
B(i)、C(i)(i=0、1、…、31)をMS上で第
4図の様に配置するものとする。このベクトル処
理をSPモードで処理する場合には、第2図2の
様にEXVP命令及び汎用レジスタ(以下GRと呼
ぶ)1,2を設定し、PPモードで処理する場合
には、第2図3の様にGR1のビツト0を“1”
(従つて、1000=8)とする。 以下、第1図に示したベクトル処理装置におい
て、第3図で示したFORTRANプログラムDOル
ープを、SPモード及びPPモードで処理する場合
について詳細に説明する。 SPモード: SPモードの場合、第2図2で示されたEXVP
命令を読出すと、スカラ処理装置3は汎用レジス
タ群3−1内のGR1及びGR2の内容からそれ
ぞれベクトル命令列の先頭アドレス100(16)、及
び処理ベクトル長VL=1F(16)を知り、ベクト
ルプロセツサ制御部5にそれらを通知する。スカ
ラ処理装置3から起動を受けたベクトルプロセツ
サ制御部5は、スカラ処理装置3から指示された
先頭アドレス100(16)からベクトル命令を読出し
て順次解読し、その実行を所定のデータ転送回
路、ベクトルレジスタ、ベクトル演算器に指示す
る。第3図2のベクトル命令列に対しては、以下
のようになる。 命令15−1はもとの第3図1のFORTRAN
プログラム中のベクトルB(i)(i=0、…、31)
のベクトルロードに相当する。命令15−1はロ
ード用データ転送回路6〜9で実行可能であるが
本実施例においては、データ転送回路6を使用す
るものとする。ベクトルプロセツサ制御部5は
VL=1F(16)及びアドレスレジスタ番号を付加
して、データ転送回路6に命令15−1の起動を
行なうと同時に、格納先のVR(4)12−4にも
VL=1F(16)を付加して書込みの起動を行なう。
データ転送回路6は制御部5から指示されたアド
レスレジスタ群16中のアドレスレジスタを用い
てアドレス計算を行ない、ベクトルデータの読出
しを行なう。以下、第5図を用いて命令15−1
の実行を説明する。 第5図には、第1図のアドレスレジスタ群16
及びデータ転送回路6,7の詳細る示す。アドレ
スレジスタ群16は、4本のVAR(0〜3)16
−1、4本のVIR(0〜3)16−2、及び4本
のVBR(0〜3)16−3からなる。データ転送
回路6は、レジスタVARN(0)6−0、レジス
タVBRN(0)6−1、VARセレクタ6−2、
VIRセレクター6−3、VBRセレクタ6−4、
WVAR(0)6−5、WVAR(0)入力セレクタ
6−6、VIR2倍回路6−7、セレクタ6−8、
加算器6−9,6−10及びそれらの制御論理回
路(図示せず)から成る。同様にして、データ転
送回路7は7−1〜7−10から成る。他のデー
タ転送回路8−11は第5図には図示しない。 第4図の命令15−1がデータ転送回路6に起
動されると、命令のR2フイールドがレジスタ
VARN(0)6−0にセツトされ、VAR(0〜
3)及びVIR(0〜3)の選択に用いられ、同時
にR3フイールトがレジスタVBRN(0)6−1に
セツトされ、VBR(0〜3)の選択に用いられ
る。本実施例においては、第6図に示す様に、
VBR(0)=0、VAR(2)=300(16)、VIR(2)=8
がEXVB命令実行前にセツトアツプされている。
命令15−1でVR(4)12−4にロートされるべ
きベルトルデータB(i)(i=0、1、…、31)の
アドレス計算は以下の様に行なわれる。
VARNO6−0の値02(16)によりVARセレクタ
6−2で選択されたVAR(2)=300(16)はWVAR
(0)入力セレクタ6−6を通つて、WVAR(0)
6−5にセツトされ、加算器6−10に入り、
VBRN(0)6−1の値00(16)によりVBRセレ
クタ6−4で選択されたVBR(0)=0(16)と加
算され、加算器6−10の出力としてB(0)の
アドレス300(16)が求められる。B(1)のアドレス
308(16)は、WVAR(0)6−5=300(16)に
VAR(2)と同様にして選択されたVIR(2)=8(16)
が加算された結果がセレクタ6−6を通つて
WVAR(0)6−5に入り、再び加算器6−10
でVBR(0)=0(16)と加算されて求められる。
以下同様にしてB(31)までのアドレスが計算さ
れる。これらのアドレスを用いて第1図の主記憶
制御回路17、MS1を経て読み出されたベクト
ルデータは、データ転送回路6スイツチング回路
18を経てVR(2)12−2に書き込まれる。 以上の処理は、1マシンサイクルに1要素の割
合で行なわれ、命令記動等のオーバヘツドを無視
すれば、およそベクトル長×1マシンサイクル時
間だけの処理時間、本実施例においては約32マシ
ンサイクルを要す。 全く同様にして命令15−2もロード用データ
転送回路8を用いて行なうことが出来る。 命令15−3は演算器13を用いて行なわれ、
VR(2)12−2の内容とVR(3)12−3の内容が
加算され、VR(1)12−1に書き込まれる。この
命令処理も上記命令15−1の処理と同様に、約
32マシンサイクルで行なわれる。 命令15−4はストア用データ転送回路10を
用いて実行することが出来る。VR(1)12−1か
ら読み出されたデータがスイツチング回路19を
経てデータ転送回路10に送られると、データ転
送回路10では、上記データ転送回路6及び8に
おける命令15−1,15−2の処理時と全く同
様にして、VBR(0)、VAR(1)、VIR(1)の内容を
用いてアドレス計算を行ない、上記のVR(1)12
−1から転送されて来たデータにアドレスを付加
して主記憶制御回路17に送り、MS1にベクト
ルデータA(i)(i=1、2、…、31)をストアす
る。この命令処理も約32マシンサイクルで行なわ
れる。 命令15−5はベクトル命令列の終了を示す制
御命令であり、実質的なベクトル処理を伴わな
い。 ベクトル処理装置においては、一般に上記の様
な各ベクトル命令処理はパイプライン処理され、
又、それら各パイプライン処理が連結され、ベク
トル要素レベルでは連続処理されるが、命令レベ
ルでは並列実行される。本実施例で言うならば、
ベクトル要素B(0)とC(0)のMS1からの読
出し及びVR(4)、VR(6)への格納は同時に実行さ
れる。その後、直ちにVR(4)及びVR(6)から読出
され、演算器13で加算され、VR(2)に格納され
る。その後、直ちにVR(2)から読出されMS1の
200(16)番地からの8バイトに格納される。これ
らの処理が1マシンサイクルピツチで32回行なわ
れ、上記5命令の処理が並列実行される。MS1
から読出されたデータがVRに書き込まれるまで
α1マシンサイクルかかり、VRに書き込まれたデ
ータが読出されて演算され、結果がVRに書き込
まれるまでα2マシンサイクルかかり、VRに書き
こまれたデータが読出され、MS1に書き込まれ
るまでα3マシンサイクルかかるとし、α=α1+
α2+α3とすると、上記の一連のベクトル処理の
概略タイムチヤートは第7図の様になる。第7図
を見ると分る様に、全処理時間は32+αマシンサ
イクルである。 SPモードにおけるデータ転送回路及び演算器
の割当てアルゴリズムは次の表1の通りである。
【表】 例えばデータ転送回路6及び7が使用中の時、
次命令としてロード命令又はストア命令をデコー
ドすると、その命令に対しては、上記アルゴリス
ムに従いデータ転送回路8を割当てる。ベクトル
レジスタについては、ベクトル命令のレジスタ指
定フイールドより指定されるベクトルレジスタを
使用する。 PPモード: 次にPPモードの場合、第2図3で示された
EXVP命令を読出すと、スカラ処理装置3は汎用
レジスタ3−1中のGR1及びGR2の内容から
それぞれベクトル命令列の先頭アドレス100(16)
及び処理ベクトル長VL=1F(16)を知り、ベク
トルプロセツサ制御部5にそれらを通知すると同
時に、GR1の0ビツト目の“1”によりPPモー
ドでの処理であることを知り、それをベクトルプ
ロセツサ制御部5に通知する。スカラ処理装置3
からPPモードでの起動を受けたベクトルプロセ
ツサ制御部5は、モード制御用FF5−1をセツ
トすると共に、スカラ処理装置3から指示された
先頭アドレス100(16)からベクトル命令を読み出
し、順次解読し、その実行を指示する。第3図2
のベクトル命令列に対しては、以下の様になる。 先のSPモードでは、命令15−1はデータ転
送回路6で実行され、ベクトルデータB(i)(i=
0、…、31)はVR(4)12−4に格納された。こ
れに対し、PPモードでは、命令15−1を、デ
ータ転送回路6,7で実行し、ベクトルデータB
(i)(i=0、…、31)はVR(4)12−4、VR(5)
12−5に格納されるとする。この為に制御部5
は、VL=F(16)及びアドレスレジスタ番号を付
加して、PPモード指示と共にデータ転送回路6,
7に命令15−1の起動を行なう。それと同時に
格納先のVR(4)12−4、VR(5)12−5にもVL
=F(16)を付加して書き込みの起動を行なう。
この時VRに対してはPPモードの指定は必要な
い。 以下第5図を用いてPPモードにおける命令1
5−1の実行を説明する。SPモードの場合と同
様にしてVAR(2)=300(16)とVBR(0)=0が加
算器6−10で加算され、その結果としてB(0)
のアドレス300(16)が出力される。この加算と同
時に、VIR(2)=8(16)がVIR用セレクタ6−3
を経て、VIR2倍回路6−7で2倍され、セレク
タ6−8を経て加算器6−9に入力された10(16)
とWVAR(0)6−5に格納されたVAR(2)=300
(16)との加算が行なわれ、結果がWVAR(0)
入力セレクタ6−6を経てWVAR(0)6−5に
セツトされる。次のサイクルでは、この新しい
WVAR(0)の値310(16)とVBR(0)=0(16)
との加算が行なわれ、B(2)のアドレス310(16)が
出力される。以下同様にして、データ転送回路6
では、ベクトルデータB(i)(i=0、1、…、
31)のうちの偶数番目要素のアドレス計算が行な
われ、そのアドレスを用いてMS1からのデータ
の読出しを行い、VR(4)12−4に格納される。
この際、起動時にデータ転送回路6及びVR(4)1
2−4に指示されたVL=F(16)に従い、16個の
データがロードされる。 上記の様に、データ転送回路6で偶数番目要素
がロードが実行されるのと同時に、データ転送回
路7では奇数番目要素のロードが実行される。命
令起動時に、セツトされたVARN(1)7−0の値
02(16)によりVARセレクタ7−2で選択された
VAR(2)=300(16)は、WVAR(1)入力セレクタ7
−6を通つてWVAR(1)7−5にセツトされ、加
算器7−10に入る。同様に、VARN(1)7−0
の値02(16)によりVIRセレクタ7−3で選択さ
れたVIR(0)=8(16)がセレクタ7−8を経て
加算器7−10に入る。加算結果はWVAR(1)入
力セレクタ7−6を経てWVAR(1)7−5にセツ
トされる。このWVAR(1)の出力が、VBRN(1)7
−1の値00(16)によりVBRセレクタ7−4で選
択されたVBR(0)=0(16)と加算器17−10
において加算されて、B(1)のアドレス308(16)が
出力される。以後はデータ転送回路6におけるB
(i)(i=0、2、4、…、30)のアドレス計算と
同時に、1サイクルピツチでVIRの2倍を加算器
7−9で積算することにより、B(i)(i=3、
5、…、31)のアドレスを出力する。この様にし
て、生成されたアドレスを用いて、データ転送回
路7によつて奇数番目要素16個がVR(5)12−5
に格納される。 以下同様にして、PPモードでは、命令15−
2はデータ転送回路8,9によつて実行され、ベ
クトルデータC(i)(i=0、1、2、…、31)は
VR(6)12−6、VR(7)12−7に格納される。
命令15−3は演算器13,14によつて実行さ
れ、VR(4)12−4とVR(6)12−6の加算結果
がVR(2)12−2に格納され、VR(5)12−5と
VR(7)12−7の加算結果がVR(3)12−3に格
納される。命令15−4はデータ転送回路10,
11により実行され、VR(2)12−2、VR(3)1
2−3のデータがMS1の200(16)番地からの領
域にA(i)(i=0、1、…、31)としてストアさ
れる。この場合の概略タイムチヤートを第8図に
示す。第8図を見ると分る様に、全処理時間は16
+αである。 PPモードにおけるデータ転送回路及び演算器
の割当てアルゴリズムは次の表2の通りである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ソフトウエア等でベクトル処
理の種類を識別し、単純命令のみからなるベクト
ル処理に対しては、ソフトウエア等の指定に従つ
て、データ転送回路とベクトルレジスタと演算器
を複数の組に分けて、それらを用いてベクトル処
理を分割して並行に行なうことが出来るので、処
理の高速化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロツク図、第2
図1,2及び3はEXVP命令の形式例とそれに関
係するデータ構造例を示す図、第3図1,2は本
発明の動作を説明するためのプログラム例とそれ
に対応するベクトル命令列を示す図、第4図は
MS上でのベクトル命令列及びベクトルデータの
配置を示す図、第5図は第1図におけるアドレス
レジスタ群及びデータ転送回路の詳細図、第6図
はアドレスレジスタ群の初期設定値を示す図、第
7図及び第8図は本発明の各モードにおける処理
の概略タイミング図である。 1……主記憶装置、3……スカラ処理装置、4
……ベクトル処理装置、5……ベクトルプロセツ
サ制御部、5−1……モード制御用フリツプフロ
ツプ、6〜11……データ転送回路、12−0〜
12−7……ベクトルレジスタ、13,14……
ベクトル演算器、16……アドレスレジスタ群、
17……主記憶制御回路、18,19……データ
パス。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 主記憶装置と、複数のベクトルレジスタと、
    主記憶装置とベクトルレジスタとの間のデータ転
    送を司さどる複数のデータ転送回路と、ベクトル
    レジスタから受け取つたベクトルデータに対しベ
    クトル演算処理を行ない、結果をベクトルレジス
    タに送出する複数のベクトル演算器を有するベク
    トル処理装置において、データ転送回路とベクト
    ルレジスタとベクトル演算器を複数の組に分け、
    該複数組を用いてベクトル処理を分割して並列に
    行う第1制御モードと、ベクトル命令によつて指
    定されたベクトルレジスタ及び該ベクトルレジス
    タと連動するデータ転送回路やベクトル演算器を
    用いて、ベクトル処理を分割せずに実行する第2
    制御モードを具備し、ベクトル処理の種類によつ
    て前記第1と第2制御モードのいずれかのモード
    で当該ベクトル処理を実行することを特徴とする
    ベクトル処理装置。 2 ベクトル処理のうち、要素番号対応の演算の
    みからなる単純なベクトル命令は前記第1制御モ
    ードにより処理し、要素番号間にまたがつた演算
    を必要とする複雑なベクトル命令は前記第2制御
    モードにより処理することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のベクトル処理装置。
JP58034197A 1983-03-02 1983-03-02 ベクトル処理装置 Granted JPS59160267A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58034197A JPS59160267A (ja) 1983-03-02 1983-03-02 ベクトル処理装置
GB08400729A GB2136172B (en) 1983-03-02 1984-01-12 Vector processor
US06/572,521 US4641275A (en) 1983-03-02 1984-01-20 Vector processor having pair process mode and single process mode
DE3401995A DE3401995A1 (de) 1983-03-02 1984-01-20 Vektorprozessor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58034197A JPS59160267A (ja) 1983-03-02 1983-03-02 ベクトル処理装置

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