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地址转换过程的模拟实现 课程设计报告

地址转换过程的模拟实现 课程设计报告
地址转换过程的模拟实现 课程设计报告

淮阴工学院

操作系统课程设计报告

选题名称:地址转换过程的模拟实现

系(院):经济管理学院

专业:信息管理与信息系统

班级:

姓名:学号:

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指导教师:

学年学期:~ 学年第学期

年月日

设计任务书

指导教师(签章):

年月日

摘要:

本课程设计主要针对地址转换相关理论进行设计,程序能模拟出操作系统常用的地址转换算法,包括可变分区存储管理的地址转换、分页存储管理的地址转换、分段存储管理的地址转换和段页式存储管理的地址转换。具体来说,把整个内存分成大小相等内存块,内存块从0开始依次编号。把用户程序分成若干段,每段有个段名。页面的大小和内存块相同,每段的各个页面都分别从0开始依次编号。虚拟空间的最小单位是页而不是段,内存就被分为若干个页,且每段所拥有的程序和数据在内存中可以分开存放,分段大小也不再受内存可用区的限制。程序模拟实现了四种地址转换方式,从中观察各种方法的优缺点及应用特点。段页式存储管理系统,用分段的方法来分配和管理虚拟存储器,而用分页的方法来分配和管理主存。既有段式系统便于实现段的共享,段的保护,动态链接和段的动态增长等一系列优点,又能像页式系统那样,很好地解决内存的外碎片问题。

关键词:地址转换,虚拟地址,物理地址,偏移,越界

目录

1 需求分析 (1)

1.1 可变分区存储管理的地址转换 (1)

1.2 分页存储管理的地址转换 (4)

1.3 分段存储管理的地址转换 (5)

1.4 段页式存储管理的地址转换 (6)

2 概要设计 (15)

2.1 可变分区存储管理的地址转换的概要设计 (15)

2.2 分页存储管理的地址转换的概要设计 (19)

2.3 分段存储管理的地址转换的概要设计 (20)

2.4 段页式存储管理的地址转换的概要设计 (24)

3 详细设计 (26)

3.1 可变分区存储管理的地址转换的详细设计 (26)

3.2 分页存储管理的地址转换的详细设计 (31)

3.3 分段存储管理的地址转换的详细设计 (36)

3.4 段页式存储管理的地址转换的详细设计 (38)

4 调试与操作说明 (43)

4.1 可变分区存储管理的地址转换的操作说明 (43)

4.2 分页存储管理的地址转换的操作说明 (43)

4.3 分段存储管理的地址转换的操作说明 (44)

4.4 段页式存储管理的地址转换的操作说明 (45)

总结 (46)

致谢 (47)

参考文献 (48)

附录 (49)

1 需求分析

本课程设计题目:地址转换过程的模拟实现。

课程设计任务及要求:

(1)搜集地址转换过程的模拟实现可能涉及到的知识和相关资料。

(2)应用Microsoft Visual C++ 6.0集成开发环境,设计并实现一个地址转换模拟程序。

(3)确保地址转换模拟程序能正确运行。

(4)参加答辩,撰写课程设计报告。

运行环境:Windows XP系统Pentium(R)Dual-core CPU 3.20GHz 1.96G内存200G硬盘。

开发工具:本实验使用VC++ 6.0平台,使用基本的控制台应用程序,单文档结构,主要数据结构是结构体间的关系。打开VC++6.0建立一个新的C++源文件,根据数据结构编写代码。

1.1 可变分区存储管理的地址转换

一、任务要求

该程序要对每一个虚地址计算其代表的有效地址所对应的物理地址,并进行越界判断,打印出每个虚地址的物理地址。能够输入进程名称和内存需求量,按页式存储管理方式把进程分成若干页,分配到内存中的若干个块中,同时生成并显示相应的页表。输入一个逻辑地址能够转换并输出相应的物理地址。

二、基本思想

可变分区的基本原理是:可变分区是指在作业装入是,依据它对内存空间实际的需求量来划分内存的分区,因此,每个分区的尺寸与进入他的作业大小相同。它能有效解决固定分区的内存碎片问题,是一种较为常用的存储管理方法。

因为在系统运行过程中,内存中分区的数目和大小都是可变的,所以这种可变式分区也称为动态分区[8]。

三、存储器的基本性能参数

评价存储器性能的参数主要有三个方面:容量、速度与价格。

存储器容量用S=W×l×m表示,W为存储器字长,l为存储器字数,m则为存储器体数。评价存储器的速度一般有以下几个参数:

访问时间(access time)Ta:从存储器接到读请求到所读的字传送到数据总线上的时间间隔。

存储周期Tm:连续两次访问存储器之间所必需的最小时间间隔。一般Tm > Ta。

存储带宽Bm:存储器被连续访问时所提供的数据传输速流,单位是位(或字节)/秒。

存储器的价格通常用单位字节价格来表示。若总容量为S的存储器的总价格为C,则单位字节价格c=C/S。

四、存储器层次结构的基本原理

程序设计人员总是希望存储器的速度尽可能的高,以与处理器的速度相匹配;存储器的容量尽可能的大,以装下可能极大的程序;因此,高速度、大容量、低价格始终是存储体系的设计目标。

一方面,经过几十年的发展,存储器的工艺实现技术有了突飞猛进的发展,高速、大容量、低价的存储器件以惊人的速度生产出来。尽管如此,存储技术的发展证明单一工艺的单一存储器很难同时满足容量、价格、速度三方面的性能要求。事实上,对容量与速度、速度与价格、容量与价格的性能要求是相互有矛盾的。而且,存储器速度的改进始终跟不上CPU速度的提高。

另一方面,所有程序都具有这样的行为特性:程序倾向于再次使用最近刚用过的数据和指令。这样的局部性反映在空间和时间两个方面。

空间局部性(spatial locality):如果某个数据或指令被引用,那么地址邻近的数据或指令不久很可能也将被引用。

时间局部性(temporal locality):如果某个数据或指令被引用,那么不久它可能还将再次被引用。

为了满足对存储器的性能要求,随着存储技术的不断发展,根据程序本身这种局部性的行为特性以及小硬件速度更快的设计原则,基于不同容量和速度的多种存储器所构成的存储器层次结构很自然地就产生了。一个存储器层次结构由多级不同类型的存储器构成;越靠近CPU的存储器容量越小、速度越快、价格越高,离CPU越远的存储器容量越大、速度越慢、价格越低;第i级存储器存储的信息是第i-1级存储信息的子集(根据时间局部性),相邻两级存储器之间以块为单位进行信息交换(根据空间局部性);各级存储器借助辅助软硬件构成一个整体,使得该存储体系具有接近于第n级存储器速度、接近于第1级存储器容量和单位字节价格的性能。

存储器层次结构是由多级存储器构成的,但管理是以两级存储器为单位来进行的,

而且一般只有在相邻两级存储器之间可以进行信息交换。下面以两级存储器层次结构(简称存储层次)为例介绍存储器层次结构的一些基本概念。

块(Block):相邻两级存储器之间信息交换的最小单位。块大小一般是固定的,也可以是可变的。若块大小固定,则两级存储器的容量为块大小的整数倍。

命中率(Hit Rate)H:CPU产生的有效地址可以直接在高层存储器中访问到的概率。

失效率(Miss Rate)M:CPU产生的有效地址直接在高层存储器中访问不到的概率。M=1-H。

命中时间(Hit Time):访问高层存储器所需的时间,其中包括本次访问是命中还是失效的判定时间。

失效损失(Miss Penalty):用低层存储器中相应的块替换高层存储器中的块,并将该块传送到请求访问的设备(通常是CPU)的时间。它又可细分为访问时间和传送时间(transfer time)两部分。其中前者指访问高层存储器失效时,在低层存储器中访问到块中第一个字的时间,又称访问延迟(access latency)。后者则是传送块内其它字的附加时间。访问时间与低层存储器的延迟有关,而传送时间则依赖于两级存储器之间的传输带宽和块大小。

五、存储器层次结构的性能

由于存储器层次结构的设计目标之一是使其速度接近于高层存储器的速度,因此容易根据命中率的高低来评价存储器层次结构性能的好坏。由于命中率或失效率与硬件速度无关,因而这样的评价是很片面的。更好的评价存储器层次结构的性能参数是平均存储访问时间(average memory-access time),其定义如下:

平均存储访问时间=命中时间+失效率×失效损失

应该注意的是尽管用平均存储访问时间评价存储器层次结构的速度性能比简单的用命中率来评价要好,平均存储访问时间仍然是性能的一种间接测度,它无法完全替代执行时间这个最准确的性能参数。

处理器的性能是计算机设计的最终依据,所以在选择降低平均存储访问时间的策略时应考虑对CPU性能的影响,保证设计方案不仅能降低平均存储访问时间,还能有益于改进CPU的性能,如同时提高CPI(Cycles Per Instruction,简称为指令的平均周期数)。下面讨论一下存储器层次结构设计对CPU设计的影响。

在不支持存储器层次结构的系统中,由于所有的存储访问都需要相同的时间,所以处理器的设计相对简单。而在存储器层次结构中对高层存储器的访问存在失效问题,

这意味着CPU必须能够处理可变的存储访问时间。当失效损失较小,只有几十个时钟周期时,CPU通常采用等待块传输结束的策略。而当失效损失很大,达到CPU时钟的几千倍时,仍让CPU空闲着等待传输结束就太浪费了。一般采用中断使CPU切换到其它进程去执行的办法。但用这种方法来避免失效损失带来的额外开销意味着任何存储访问都可能导致CPU中断。这样CPU还必须能够恢复引起这种中断的存储地址,使系统在失效处理时知道要传送哪一块。当存储传送结束时,恢复原来被中断的进程,重新执行引起访问失效的那条指令。

处理器还必须设有一些机制以确定所需信息是否在存储器层次结构的最高层存储器中。在每次存储访问时都要作这种判定检查,因而会影响命中时间。为了保证达到可接受的性能,这种检测机制通常用硬件实现。要实现存储器层次结构,处理机还必须有在相邻两级存储器之间传送信息块的机制。如果块传送只需几十个时钟周期,那么这种传送机制一般用硬件来控制;如果需要几千个时钟周期,则可以用软件方法实现。

1.2 分页存储管理的地址转换

一、任务要求

这个程序要把给出的虚拟地址找到相对应的物理地址,打印出相应的页号,内存块号及相应的物理地址。

二、意义

能够理解分页存储的思想,了解页表的结构。掌握逻辑地址与逻辑的转换。了解内存的分配及回收。当创建一个进程之后,根据这个进程的大小,会给这个进程分配内存,可能时连续的内存,页可能时不连续的。首先会将进程分成若干的页,每页对应的内存中的一个无力块。页的大小等于物理块的大小,这样就形成了页和内存块对应的页表。进程执行的会先访问页表。

三、基本思想

在存储器管理中,连续分配方式会形成许多“碎片”。虽然可能通过“紧凑”方法将许多碎片拼接成可用的大块空间,但须为之付出很大开销。如果允许将一个进程直接分散地装入到许多不相邻的分区中,则无须再进行“紧凑”。基于这以思想而产生了离散式分配方式。如果离散分配的基本单位式页,则称为基本分页存储管理方式,或称之为纯分页存储方式,它将内存分成多个同样大小的存储区,每个进程页分成同样大小的页,较小的进程需要较少的页,较大的进程需要较多的页,进程在调入内存式,

所有的进程页放入内存中的空闲页,并建立页表【1】。这种方法解决了分区方案中所固有的许多问题。

分页存储管理是将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片,称为页面或页,也把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块,称为(物理)块或页框(frame),页同样为它们加以编号。在为进程分配内存时,以块为单位将进程中的若干个页分别装入到多个可以不相邻的物理块中。由于进程的最后一页经常装不满一块而形成了不可利用的碎片,称之为“页内碎片”。

在分页系统中的页面其大小应适中。页面若太小,一方面虽然可使内存碎片减小,从而减少了内存碎片的总空间,有利于提高内存利用率,但另一方面也会使每个进程占用较多的页面,从而导致进程的页表过长,占用大量内存;此外,还会降低页面换进换出的效率。

1.3 分段存储管理的地址转换

一、任务要求

该程序要对每一个虚地址计算其代表的有效地址所对应的物理地址,并进行越界判断,要求打印每个虚地址的所在段段号、段内偏移、内存始址及相对应的物理地址。

二、基本思想

把程序按内容或过程(函数)关系分成段,每段有自己的名字。一个用户作业或进程所包含的段对应于一个二维线性虚拟空间,也就是一个二维虚拟存储器。段式管理程序以段为单位分配内存,然后通过地址映射机构把段式虚拟地址转换成实际的内存物理地址。和页式管理一样,段式管理也采用只把那些经常访问的段驻留内存,而把那些将来一段时间内不被访问的段放入外存,待需要时自动调入的方法实现二维虚拟存储器。

在分段式存储管理中,作业的地址空间由若干个逻辑分段组成,每一分段式一组逻辑意义完整的信息集合,并有自己的名字(段名)。每一段都是以0开始的连续的一维地址空间,整个作业则构成了二维地址空间。分段式存储管理以段为基本单位分配内存,且每一段必须分配连续的内存空间,但各段之间不要求连续。由于各段的长度不一样,所以分配的内存空间大小也不一样。因此,所谓分段式管理,就是管理由若干段组成的作业,并且按段来进行存储分配。由于分段式管理的作业地址空间是二维的,所以分段式存储管理的关键在于如何把分段地址结构变成一维的地址结构。与分页存储管理一样,分段式存储管理采用动态重定位技术来进行地址转换[4]。

三、段的共享与保护

1 段的共享

在多道环境下,常常有许多子程序和应用程序是被多个用户所使用的。

如果每个用户进程或作业都在内存保留它们共享程序和数据的副本,那就会极大地浪费内存空间。

最好的办法是内存中只保留一个副本,供多个用户使用,称为共享。

一段程序为多个进程共享时

(1)要求在执行过程中,该段程序的指令和数据不能被修改。

(2)在段表中设立相应的共享位来判别该段是否正被某个进程调用。显然一个正在被某个进程使用或即将被某个进程使用的共享段是不应该调出内存的。

2 段的保护

与页式管理时相同,段式管理的保护主要有两种:地址越界保护法和存取方式控制保护法。

图1.1 段的共享

1.4 段页式存储管理的地址转换

一、任务要求

该程序要实现段页式存储管理中逻辑地址到物理地址的转换,打印出访问序号、虚地址、段号、段内页号、页内偏移、内存块号、物理地址和越界判断信息。并且能

够检查地址的合法性,如果合法则进行转换,否则显示地址非法的原因。

二、基本思想

各个进程的虚拟空间被划分成若干个长度相等的页。页长的划分和内存与外存之间的数据传输速度及内存大小等有关。一般每个页长大约为1~4K,经过页划分之后,进程的虚拟地址变为页号p与页内地址w所组成。

除了将进程的虚拟空间划分为大小相等的页之外,页式管理还把内存空间也按页的大小划分为片或者页面。这些页面为系统中的任一进程所共享。从而与分区管理不一样,分页管理时,用户进程在内存空间内除了在每个页面内地址连续之外,每个页面之间不再连续。第一是实现了内存中碎片的减少,因为任意碎片都会小于一个页面。第二是实现了由连续存储到非连续存储的这个飞跃,为在内存中局部地、动态地存储那些反复执行或即将执行的程序和数据段打下了基础。

怎样由页式虚拟地址转变为内存页面物理地址?页式管理把页式虚拟地址与内存页面物理地址建立一一对应页表,并用相应的硬件地址变换机构,来解决离散地址变换问题。

段页式系统的基本原理,是基本分段存储管理方式和基本分页存储管理方式原理的结合,即先将用户程序分成若干个段,再把每个段分成若干个页,并为每一个段赋予一个段名。图1.2示出了一个作业的地址空间和地址结构。

图1.2 段页式的地址空间和地址结构

该作业有三个段,页面大小为4 KB。在段页式系统中,其地址结构由段号、段内页号及页内地址三部分所组成,如下图1.3所示。

图1.3 段页式的地址结构组成

具体来说,把整个内存分成大小相等内存块,内存块从0开始依次编号。把用户程序分成若干段,每段有个段名。页面的大小和内存块相同,每段的各个页面都分别从0开始依次编号。虚空间的最小单位是页而不是段,内存就被分为若干个页,且每段所拥有的程序和数据在内存中可以分开存放,分段大小也不再受内存可用区的限制。

段式和页式存储管理各有优缺点,段页式存储管理系统,用分段的方法来分配和管理虚拟存储器,而用分页的方法来分配和管理主存。既有段式系统便于实现段的共享,段的保护,动态链接和段的动态增长等一系列优点,又能像页式系统那样,很好地解决内存的外碎片问题[3]。设计时需要结合分段和分页的各自特点,扬长避短充分发挥各自优势。

下表列出的是简单分页、简单分段、虚拟内存分页和虚拟内存分段各自的特点。

表1.1 分页和分段的特点

对段页式的评价:段页式基本上结合了段式和页式的优点,而克服了二者的缺点。段页式的内存利用率比段式高,比页式低。由于以页面为单位划分内存,段页式消除了段式的外部存储碎片,但和页式一样存在内部碎片,其内部碎片比页式要多页式式平均每个程序有一页有碎片,段页式则是平均每段有一页有碎片。段页式的共享实现和保护实现与段式一样好,比页式好。只要欲共享作业的段表中有相应的表目指向该共享段在内存中的页表地址即可。段页式的动态扩充实现得比段式和页式都要好,提供了动态链接的便利。但是段页式的表空间支出、地址映射时间等管理代价比段式与页式都高。需要的内存和硬件也有所增加,如果不采用快速辅助寄存器的方式提高CPU 访问速度,将使运行速度大大下降。段页式管理对大中型机来说是使用的最广泛、最灵活的一种存储管理技术[9]。

三、静态页面管理

静态页面管理方法是在作业或进程开始执行之前,把该作业或进程的程序段和数据全部装入内存的各个页面,并通过页表和硬件地址变换机构实现虚拟地址到内存物理地址的地址映射。

1 内存页面的分配与回收

静态分页管理的第一步是为要求内存的作业或进程分配足够的页面。系统依靠存储页面表、请求页面表以及页表来完成内存的分配。

(1)页表

最简单的页表由页号与页面号组成,页表在内存中占有一块固定的存储区。页表的大小有进程或作业的长度决定。

每个进程至少要拥有一个页表。

(2)请求表

用来确定作业或进程的虚拟空间的各页在内存中的实际对应位置。系统必须知道每个作业或进程的页表起始地址和长度,以进行内存的分配和地址变换,另外请求表中还应包括每个作业或进程所要求的页面数。

(3)存储页面

存储页面表也是整个系统一张,存储页面表指出内存各个页面是否已被分配出去,以及未被分配页面总数。存储页面表也有两种构成方法,一种是在内存中划分一块固定区域,每个单元的每个比特代表一个页面,如果该页面已被分配,则对应比特位置置1,否则置0。

另一种方法空闲页面链,不占内存空间。

2 地址变换

在程序执行过程中,执行的是虚拟空间中的代码,代码中的指令是相对于虚拟空间的,需要到内存的实际空间中寻找对应的要执行的指令。

静态页式管理的缺陷:

虽然解决了分区管理时的碎片问题,但是由于静态页式管理要求进程或作业在执行前全部装入内存,如果可用页面数小于用户要求时,改作业或进程只好等待。而且,作业或进程的大小仍受内存可用空间的限制。

四、动态页式管理

动态页式管理是在静态页式管理的基础上发展起来的,它分为请求页式管理和预调入页式管理。

请求页式管理和预调入页式管理在作业或进程开始执行之前都不把作业或进程的程序段和数据段一次性的调入内存,而是只装入被认为是经常反复执行和调用的工作区部分。其他部分都在执行过程中动态的装入。

请求式页式管理:当需要执行某条指令或某些数据时而又发现他不在内存中时,

从而发生缺页中断,系统将相应的页面调入内存。

预调入:系统对于那些在外存中的页进行调入顺序计算,估计出这些页中指令和数据的执行和被访问的顺序,并按此顺序将他们顺次调入和调出内存。

请求页式管理的地址变换与静态页式相同,也是通过页表查出相应的页面号,由页面号与页内相对地址相加而得到实际物理地址。由于只有进程或程序的部分存在内存中因此怎样发现这些不在内存中的虚页以及怎样处理这种情况是必须解决的两个基本问题。

怎样发现这些不在内存中的虚页:扩充页表的方法。

即与每个虚页号相对应,除了页面号之外,再增设该页是否在内存中的中断位以及该页在外存中的副本起始地址。

(1)采用何种方法将所缺的页调入内存。

(2)如果内存中没有空闲页面时,把调进来的页面放在什么地方。即采用什么策略淘汰已占据内存的页。还有就是如果内存中的也被淘汰,但该页被修改过,显然该页应当被重新写到外存加以保存。所以还要增加一项记录是否该页已经被改变。

常见的置换算法:

(1)最佳置换算法(OPT):所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的,或者是在最长时间内不再被访问的页面,这样可以保证获得最低的缺页率。

(2)先进先出置换算法(FIFO):优先淘汰最早进入的页面,亦即在内存中驻留时间最久的页面。

(3)最近最久未使用(LRU)算法:选择最近最长时间未访问过的页面予以淘汰。

内存保护:

页式管理提供两种方式的内存保护:一是:地址越界保护。二是:通过页表控制对内存信息的存取操作方式以提供保护。

地址越界保护:由地址变换机构中的控制存储器的值——页表长度和所要访问的虚地址相比较来完成。

存取控制保护的实现则是在页表中增加相应的保护位即可。

五、段式管理

分区式管理和页式管理时的进程的地址空间结构都是线性的,这要求对源程序进行编译连接时,把源程序中的主程序、子程序、数据区等按线性空间的一维地址顺序排列起来。共享子程序和数据变得很困难,再者从链接的角度来看,分区管理和页式管理只能采用静态链接。

段式存储管理是基于为用户提供一个方便的灵活的程序设计环境而提出来的。段式管理的基本思想是:把程序按内容或过程(函数)关系分成段,每段都有自己的名字。一个用户进程或作业所包含的段对应于一个二维线性虚拟空间,也就是二维虚拟存储器。段式管理程序以段为单位分配内存,然后通过地址映射机构把段式虚拟地址转换成实际的内存物理地址。和页式管理一样,段式管理也采用只把那些经常访问的段驻留内存,而把那些在将来一段时间内不被访问的段放在外存,待需要时自动调入的方法实现二维虚拟存储器。

段式管理把一个进程的虚拟空间设计成二维结构,即段号s与段内相对地址w。与页式管理不一样的是,页式管理中,被划分的页号按顺序编号递增排列,属一维空间,而段式管理中段号与段号之间无顺序关系。另外段的划分也不像页的划分那样具有相同的页长,段的长度是不固定的。每个段定义一组逻辑上完整的程序或数据。例如,一个进程中的程序和数据可划分为主程序段、子程序段、数据段与工作区段。

每个段是一个首地址为零的、连续的一维线性空间。根据需要段长可以动态的增长。对端式虚拟空间地址的访问包括两个部分:段名和段内地址。

段式管理中以端为单位分配内存,每段分配一个连续的内存区,由于各段长度不等,所以这些存储区的大小不一,而且统一进程所包含的各段之间不要求连续。

段式管理的内存分配与释放在作业或进程的执行过程中动态进行。首先,段式管理程序为一个准备进入内存准备执行的进程或作业分配部分内存,以作为该进程的工作区和放置即将执行的程序段。随着进程的执行,进程根据需要随时申请调入新段和释放老段。进程对于内存区的申请和释放可分为两种情况。一种是当进程要求调入某一段时,内存中有足够的空闲区满足该段的内存要求。另一种是内存中没有足够的空闲区。对于第一种情况,系统要用相应的表格或数据结构来管理内存空闲区,以便对用户进程或作业的有关程序段进行内存分配和回收。事实上,可以采用和动态分区式管理相同的空闲区管理方式。即把内存各空闲区按物理地址从低到高排列或按空闲区的大小从小到大或从大到小排列。与这几种空闲区自由链相对应,分区式管理时所用的几种分配算法:最先适应算法、最佳适应算法、最坏适应法都可以用来进行空闲区分配。当然分区式内存管理时用到的内存回收方法也可以用在段式管理中。

另一种内存管理的分配与回收方法是在内存中没有足够的空闲区满足调入段的内存时使用的。这时段式管理程序根据给定的置换算法淘汰内存中在今后一段时间内不再被CPU访问的段,也就是淘汰那些访问率最低的段。不过任何一个段的长度都不允许超过内存的可用区长度。

除了段的初始分配之外,段的动态分配是在CPU所要访问的指令和数据不在内存时产生缺页中断的情况下发生的。因此段的淘汰或置换算法实际上是缺页中断处理过程的一部分。

段式管理的地址变换

由于段式管理只存放部分用户信息副本在内存,而大部分信息在外存中,这必然引起CPU访问内存时发成所访问的段不在内存中的情况,CPU如何感知所要访问的段不在内存中而启动中断处理程序呢?还有,段式虚拟地址属于一个二维的虚拟空间。一个二维空间虚拟地址怎样变为一个一维的线性物理地址呢。

段表

段式管理程序在进行初始内存分配之前,首先根据用户要求的内存大小为一个作业或一个进程建立一个段表,以实现动态地址变换和缺页中断处理及存储保护等。段式管理是通过段表来进行内存管理的。

段号与用户指定的段名一一对应,始址和长度分别表示该段在内存或外存的物理地址和实际长度。存取方式是用来对该段进行存取保护的。只有处理机状态字中的存取控制位与段表中的存取方式一致时才能访问该段。内外栏是指该段现在存储在外存还是内存中。如果如果该栏目指出所访问段在外存的话,则发生缺页中断。而访问位则是根据淘汰算法的需要而设的。

动态地址变换

一般在内存中给出一块固定的区域放置段表。当某进程开始执行的时候,管理程序首先把该进程的段表始址放入段表地址寄存器。通过访问段表寄存器,管理程序得到该进程段表始址从而可以开始访问段表。然后由虚拟地址中的段号s为索引,查段表。若该段在内存中,则判断其存取方式是否有错。如果存取方式正确,则从段表相应表目中查出该段在内存中的起始地址,并将其和段内相对地址w相加,从而得到实际内存地址。

如果该段不在内存,则产生缺页中断将CPU控制权交给内存分配程序。内存分配程序首先检查空闲区链,以找到足够长度的空闲区来装入所需要的段。如果可用的空闲区总数小于所要求的段长,检查段表中的访问位,以淘汰那些访问概率低的段并将所需要的段调入。

段页式:

页式管理和段式管理各有特长。段式管理为用户提供了一个二维的虚拟空间地址,反映了程序的逻辑结构有利于段的动态增长以及共享和内存保护,方便了用户,而分

页式管理则有效地克服了碎片问题,提高了存储器的利用率。段页式则是将段式管理与页式管理相结合,取长补短。段页式管理一般只用在大型系统中。

段页式管理的实现原理:

一个进程任然拥有一个自己的二维空间地址,这与段式管理相同。首先一个进程中所包含的具有独立逻辑功能的程序或数据仍被划分为段,并有各自段号s。这反映了段式管理的特征。其次,对于段s中的程序或数据,则按照一定的大小将其划分为不同的页。和页式系统一样最后不足一页的部分仍然占一页。这反映了页式特征。从而段页式管理时的进程的虚拟空间中的虚拟地址由三部分组成即段号s,页号p和页内相对地址d,如下图1.4所示:

图1.4 虚拟地址的s、p和d

程序员可见的仍是段号s和段内相对地址w。p和d是由地址变换机构把w高几位解释成页号p,以及把剩下的低位解释成页内地址d。

由于虚拟空间的最小单位是页而不是段,从而内存可用区也就被划分为若干个大小相等的页面,且每段所拥有的程序和数据在内存中可以分开存放。分段的大小也不受内存可用区的限制。

段表和页表:

为了实现段页式管理,系统必须为每个作业或进程建立一张段表,管理内存分配与释放、缺段处理、存储保护和地址变换等。另外,由于一个段又被划分成了若干页,每个段又必须建立一张页表,把段中虚页转变成内存中的实际页面。显然与页式管理相同,页表中也要有实现缺页中断处理和页面保护等功能的表项。另外由于在段页式管理中,页表不再是属于进程而是属于某个段,因此段表中应该有指出该段所对应的页表始址和页表长度。

动态地址变换过程:

在一般使用段页式存储管理的计算机系统中,都在内存中辟出一块固定的区域存放进程的段表和页表。因此,在段页式管理系统中,要对内存中指令或数据进行一次存取的话,至少需要访问3次以上的内存。

2 概要设计

2.1 可变分区存储管理的地址转换的概要设计

一、可变存储分区存储管理技术的模拟实现

(1)建立空闲表。

(2)从取值范围为0~2047的随机数序列中选出20各随机数,分别作为访问数据的[MAIN]和段[X]的虚地址。

(3)对每一个虚地址计算其代表的有效地址随对应的物理地址,并进行越界判断

(4)要求打印每个虚地址的所在对应的物理地址和越界判断。

二、可变分区的实现原理

1 空间的分配与回收

采用可变分区存储管理,系统中的分区个数与分区的大小都在不断地变化,系统利用“空闲区表”来管理内存中的空闲分区,其中登记空闲区的起始地址、长度和状态。当有作业要进入内存时,在“空闲区表”中查找状态为“未分配”且长度大于或等于作业的空闲分区分配给作业,并做适当调整;当一个作业运行完成时,应将该作业占用的空间作为空闲区归还给系统。

可以采用首先适应算法、最佳(优)适应算法和最坏适应算法三种分配策略之一进行内存分配。

图2.1 内存分配流程

图2.2 内存回收时的状况

2 地址转换和存储保护

可变分区存储管理一般采用动态重定位的方式,为实现地址重定位和存储保护,系统设置相应的硬件:基址/限长寄存器(或上界/下界寄存器)、加法器、比较线路等。

基址寄存器用来存放程序在内存的起始地址,限长寄存器用来存放程序的长度。处理机在执行时,用程序中的相对地址加上基址寄存器中的基地址,形成一个绝对地址,并将相对地址与限长寄存器进行计算比较,检查是否发生地址越界。

图2.3 可变分区地址转换示例

3 存储碎片与程序的移动

所谓碎片是指内存中出现的一些零散的小空闲区域。由于碎片都很小,无法再利用。如果内存中碎片很多,将会造成严重的存储资源浪费。解决碎片的方法是移动所有的占用区域,使所有的空闲区合并成一片连续区域,这一技术称为移动技术(紧凑技术)。移动技术除了可解决碎片问题还使内存中的作业进行扩充。显然,移动带来系统开销加大,并且当一个作业如果正与外设进行I/O时,该作业是无法移动的。

控制系统仿真课程设计报告.

控制系统仿真课程设计 (2011级) 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2014年6月

控制系统仿真课程设计一 ———交流异步电机动态仿真 一 设计目的 1.了解交流异步电机的原理,组成及各主要单元部件的原理。 2. 设计交流异步电机动态结构系统; 3.掌握交流异步电机调速系统的调试步骤,方法及参数的整定。 二 设计及Matlab 仿真过程 异步电机工作在额定电压和额定频率下,仿真异步电机在空载启动和加载过程中的转速和电流变化过程。仿真电动机参数如下: 1.85, 2.658,0.2941,0.2898,0.2838s r s r m R R L H L H L H =Ω=Ω===, 20.1284Nm s ,2,380,50Hz p N N J n U V f =?===,此外,中间需要计算的参数如下: 21m s r L L L σ=-,r r r L T R =,22 2 s r r m t r R L R L R L +=,10N m TL =?。αβ坐标系状态方程: 其中,状态变量: 输入变量: 电磁转矩: 2p m p s r s L r d ()d n L n i i T t JL J βααωψψβ=--r m r r s r r d 1d L i t T T ααβαψψωψ=--+r m r r s r r d 1d L i t T T ββαβψψωψ=-++22s s r r m m m s r r s s 2r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ααβαα σψωψ+=+-+22 s s r r m m m s r r s s 2 r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ββαββ σψωψ+=--+[ ] T r r s s X i i αβαβωψψ=[ ] T s s L U u u T αβ=()p m e s s s s r n L T i i L βααβ ψψ=-

模电课程设计—开关电源

《模拟电子线路》 课程设计报告 题目:基于TL3842的升压电路设计班级:12电信本2 学号:1111111111 姓名:XXX 同组成员:姚X阳、严X涛 指导教师:X琼、X文X 2014年6月25日

目录 1 课程设计目的 (1) 2 题目描述和要求 (1) 3 电路设计 (1) 3.1 系统设计思路 (1) 3.2 Boost电路结构分析 (3) 3.3 推导与计算 (5) 4 LTspice仿真 (6) 5 电路焊接与调试 (8) 5.1 元件清单 (8) 5.2 电路焊接 (9) 5.3 电路测试 (9) 6 总结 (12) 7 指导教师意见 (13) 参考文献 (13)

基于TL3842的升压电路 1 课程设计目的 模拟电子线路课程设计是对自身的模拟电子线路知识的一个检验,基础知识扎实与否很大程度决定了设计出来的产品效果,若出现问题可运用所学过的知识进行判断修改,具体目的如下。 (1)加强对模拟电路知识的运用。 (2)学习Proteus、LTspice等仿真软件的使用。 (3)会运用LTspice工具对所做出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计。 (4)通过查阅元件手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则,找到最合适电路的元器件。 (5)熟悉电子仪器的正确使用方法,能够分析实验中出现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的意外问题。 (6)学会撰写课程设计报告。 2 题目描述和要求 开关电源是一种效率高、功耗小、稳定性可靠性高的电源,相比线性稳压电源有点明显,因此与时俱进,我们小组决定做开关电源,具体描述如下。(1)课程设计题目:利用TL3842制作一个BOOST DC-DC变换器,即升压式开关电源。 (2)课程设计要求:输入直流电压Vmin=18V,Vmax=30V。输入稳定的36V直流电压,并且纹波电压V<10mV。 3 电路设计 3.1 系统设计思路 在实际应用中经常会涉及到升压电路的设计,对于较大的功率输出,如70W 以上的DC/DC升压电路,由于专用升压芯片内部开关管的限制,难于做到大功率升压变换,而且芯片的价格昂贵,在实际应用时受到很大限制。考虑到Boost升压结构外接开关管选择余地很大,选择合适的控制芯片,便可设计出大功率输出的

模拟电路课程设计心得体会

模拟电路课程设计心得 体会 内部编号:(YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128)

精选范文:《模拟电路》课程设计心得体会(共2篇)本学期我们开设了《模拟电路》与《数字电路》课,这两门学科都属于电子电路范畴,与我们的专业也都有联系,且都是理论方面的指示。正所谓“纸上谈兵终觉浅,觉知此事要躬行。”学习任何知识,仅从理论上去求知,而不去实践、探索是不够的,所以在本学期暨模电、数电刚学完之际,紧接着来一次电子电路课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对电子电路的任职,而且还及时、真正的做到了学以致用。这两周的课程设计,先不说其他,就天气而言,确实很艰苦。受副热带高气压影响,江南大部这两周都被高温笼罩着。人在高温下的反应是很迟钝的,简言之,就是很难静坐下来动脑子做事。天气本身炎热,加之机房里又没有电扇、空调,故在上机仿真时,真是艰熬,坐下来才一会会,就全身湿透,但是炎炎烈日挡不住我们求知、探索的欲望。通过我们不懈的努力与切实追求,终于做完了课程设计。在这次课程设计过程中,我也遇到了很多问题。比如在三角波、方波转换成正弦波时,我就弄了很长时间,先是远离不清晰,这直接导致了我无法很顺利地连接电路,然后翻阅了大量书籍,查资料,终于在书中查到了有关章节,并参考,并设计出了三角波、方波转换成正弦波的电路图。但在设计数字频率计时就不是那么一帆风顺了。我同样是查阅资料,虽找到了原理框图,但电路图却始终设计不出来,最后实在没办法,只能用数字是中来代替。在此,我深表遗憾!这次课程设计让我学到了很多,不仅是巩固了先前学的模电、数电的理论知识,而且也培养了我的动手能力,更令我的创造性思维得到拓展。希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些!

计算机仿真课程设计报告

、 北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2010 ~2011 学年第 2学期 学生姓名:林泽佳专业班级:08自动化1班指导教师:钟秋海工作部门:信息学院一、课程设计题目 : 《控制系统建模、分析、设计和仿真》 本课程设计共列出10个同等难度的设计题目,编号为:[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。 学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如,学号为8xxxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。 二、课程设计内容 (一)《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容|

! " [2 有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见(二)。 (二)《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】 , 1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB描述。(2分) 2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。(4分) 3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。(2分) 4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际 闭环系统稳定的要求。(6分) 5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式,满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳 定的要求。(8分)

6、根据4、5、列写方程组,求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。 (12分) 7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。 (3分) ! 8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。(7分) 9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。 (8分) 10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际 闭环系统稳定的要求。(6分) 11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式,满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际 闭环系统稳定的要求。(8分) 12、根据10、11、列写方程组,求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。 (12分) 13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(z)并说明Dw(z)的可实现性。(3分) 14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。(7分) 15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。 & (8分) 16、根据8、9、14、15、的分析,说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。(4分) 三、进度安排 6月13至6月14:下达课程设计任务书;复习控制理论和计算机仿真知识,收集资料、熟悉仿真工具;确定设计方案和步骤。 6月14至6月16:编程练习,程序设计;仿真调试,图形仿真参数整定;总结整理设计、 仿真结果,撰写课程设计说明书。 6月16至6月17:完成程序仿真调试和图形仿真调试;完成课程设计说明书;课程设计答 辩总结。 [ 四、基本要求

《模拟电子线路课程设计》

《模拟电子线路课程设计》题目 一、课题总共10项: 1、课题1、五量程电容测量电路的设计与制作 2、课题2.1 低频功率放大电路的设计与制作 3、课题2.2集成OTL功放电路LM386,P499 4、课题2.3集成OCL功放电路TDA1521,P499 5、课题2.4集成BTL功放电路TDA1556,P501 6、课题3、自动增益控制电路的设计与制作 7、课题4、直流稳压电源的设计与制作 8、课题5、正、负输出直流稳压电源的设计与制作 9、课题6、函数信号发生器的设计与制作 10、课题7、PID调节器的设计与制作 每个同学一项,已经分配好。 二、要求: 1、完成电子作品的设计和制作; 2、完成设计报告: 1)电路图若是能用Multisim软件设计的,就要通过这个软件完成电路图,并且要把仿真结果抓图放到报告中; 2)报告中涉及到的理论计算,要有详细的分析计算过程; 3)有实际测试结果的都要把测试的图形放到报告中,并作合理的分析; 4)所有的同学都要在你的作品上贴上标签,注明:姓名、学号、作品名称,拍照后放到报告中。 3、在期末考试前要把作品和设计报告一起上交。 三、说明: 1、教材上所给的元器件往往比较老,同学们可以根据市场上现有的元器件进行选择,但电路形式不变。特别是做功放电路的同学要注意。 参考书:《电子线路设计-实验-测试》(第5版),罗杰、谢自美主编 2、需要测试相关波形的作品,可以到10A405用示波器进行测试,测试结果用手机拍照,并把图片放到论文当中。 3、要找元器件或资料可以到以下网站查找: https://www.doczj.com/doc/5813315302.html,/ https://www.doczj.com/doc/5813315302.html,/zh/index.html https://www.doczj.com/doc/5813315302.html,/tihome/cn/docs/homepage.tsp https://www.doczj.com/doc/5813315302.html,/cn.html 后三家网站都是世界著名品牌,在他们的网站上可以找到你想要的芯片,然后可以到淘宝上去购买,当然运气好的话你也可以在线免费申请到样片,但据说因为我们这边的同学申请的太多了,可能有的被封杀了。试试看! 4、作品制作 方法1:用面包板搭建,到淘宝上购买,可以非常方便的搭建电路。

模拟电子线路实验实验报告

模拟电子线路实验实验 报告 Document number:NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

网络高等教育 《模拟电子线路》实验报告 学习中心:浙江建设职业技术学院奥鹏学习中心层次:高中起点专科 专业:电力系统自动化技术 年级: 12 年秋季 学号: 学生姓名:

实验一常用电子仪器的使用 一、实验目的 1.了解并掌握模拟电子技术实验箱的主要功能及使用方法。 2.了解并掌握数字万用表的主要功能及使用方法。 3.学习并掌握TDS1002型数字存储示波器和信号源的基本操作方 法。 二、基本知识 1.简述模拟电子技术实验箱布线区的结构及导电机制。 布线区面板以大焊孔为主,其周围以十字花小孔结构相结合,构成接点的连接形式,每个大焊孔与它周围的小孔都是相通的。 2.试述NEEL-03A型信号源的主要技术特性。 ①输出波形:三角波、正弦波、方波、二脉、四脉、八脉、单次脉冲信号; ②输出频率:10Hz~1MHz连续可调; ③幅值调节范围:0~10V P-P连续可调; ④波形衰减:20dB、40dB; ⑤带有6位数字频率计,既可作为信号源的输出监视仪表,也可以作外侧频率计用。 注意:信号源输出端不能短路。 3.试述使用万用表时应注意的问题。

使用万用表进行测量时,应先确定所需测量功能和量程。 确定量程的原则: ①若已知被测参数大致范围,所选量程应“大于被测值,且最接近被测值”。 ②如果被测参数的范围未知,则先选择所需功能的最大量程测量,根据初测结果逐步把量程下调到最接近于被测值的量程,以便测量出更加准确的数值。 如屏幕显示“1”,表明已超过量程范围,须将量程开关转至相应档位上。 4.试述TDS1002型示波器进行自动测量的方法。 按下“测量”按钮可以进行自动测量。共有十一种测量类型。一次最多可显示五种。 按下顶部的选项按钮可以显示“测量1”菜单。可以在“信源”中选择在其上进行测量的通道。可以在“类型”中选择测量类型。 测量类型有:频率、周期、平均值、峰-峰值、均方根值、最小值、最大值、上升时间、下降时间、正频宽、负频宽。 三、预习题 1.正弦交流信号的峰-峰值=_2__×峰值,峰值=__根号2__×有效值。 2.交流信号的周期和频率是什么关系 两者是倒数关系。 周期大也就是频率小,频率大也就是周期长

模拟电路课程设计题目

电子技术(模拟电路部分)课程设计题目 一、课程设计要求 1、一个题目允许两个人选择,共同完成电子作品,但课程设计报告必须各自独立完成。 2、课程设计报告按给定的要求完成,要上交电子文档和打印文稿(A4)。 3、设计好的电子作品必须仿真,仿真通过后,经指导老师检查通过后再进行制作。 4、电子作品检查时间:2010年3月4日,检查通过作品需上交。 4、课程设计报告上交时间:2010年5月20日前。 二、课程设计题目 方向一、波形发生器设计 题目1:设计制作一个产生方波-三角波-正弦波函数转换器。 设计任务和要求 ①输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调; ②正弦波幅值为±2V,; ③方波幅值为2V; ④三角波峰-峰值为2V,占空比可调; ⑤设计电路所需的直流电源可用实验室电源。 题目2:设计制作一个产生正弦波-方波-三角波函数转换器。 设计任务和要求 ①输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调; ②正弦波幅值为±2V,; ③方波幅值为2V; ④三角波峰-峰值为2V,占空比可调; ⑤设计电路所需的直流电源可用实验室电源。 题目3:设计制作一个产生正弦波-方波-锯齿波函数转换器。 设计任务和要求 ①输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调; ②正弦波幅值为±2V,; ③方波幅值为2V; ④锯齿波峰-峰值为2V,占空比可调;

⑤设计电路所需的直流电源可用实验室电源。 题目4:设计制作一个方波/三角波/正弦波/锯齿波函数发生器。 设计任务和要求 ①输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调; ②正弦波幅值为±2V; ③方波幅值为2V,占空比可调; ④三角波峰-峰值为2V; ⑤锯齿波峰-峰值为2V; ⑥设计电路所需的直流电源可用实验室电源。 方向二、集成直流稳压电源设计 题目1:设计制作一串联型连续可调直流稳压正电源电路。 设计任务和要求 ①输出直流电压1.5∽10V可调; ②输出电流I O m=300mA;(有电流扩展功能) ③稳压系数Sr≤0.05; ④具有过流保护功能。 题目2:设计制作一串联型连续可调直流稳压负电源电路。 设计任务和要求 ①输出直流电压1.5∽10V可调; ②输出电流I O m=300mA;(有电流扩展功能) ③稳压系数Sr≤0.05; ④具有过流保护功能。 题目3:设计制作一串联型二路输出直流稳压正电源电路。 设计任务和要求 ①一路输出直流电压12V;另一路输出5-12V连续可调直流稳压电源; ②输出电流I O m=200mA; ③稳压系数Sr≤0.05;

课程设计之matlab仿真报告

西安邮电大学 专业课程设计报告书 院系名称:电子工程学院学生姓名:李群学号05113096 专业名称:光信息科学与技术班级:光信1103 实习时间:2014年4月8日至2014年4月 18日

一、课程设计题目: 用matlab 仿真光束的传输特性。 二、任务和要求 1、用matlab 仿真光束通过光学元件的变换。 ① 设透镜材料为k9玻璃,对1064nm 波长的折射率为1.5062,镜片中心厚度为3mm ,凸面曲 率半径,设为100mm ,初始光线距离透镜平面20mm 。用matlab 仿真近轴光线(至少10条)经过平凸透镜的焦距,与理论焦距值进行对比,得出误差大小。 ② 已知透镜的结构参数为101=r ,0.11=n ,51=d ,5163.121==' n n (K9玻璃), 502-=r ,0.12=' n ,物点A 距第一面顶点的距离为100,由A 点计算三条沿光轴夹角分别为10、20、 30的光线的成像。试用Matlab 对以上三条光线光路和近轴光线光路进行仿真,并得出实际光线的球差大小。 ③ 设半径为1mm 的平面波经凸面曲率半径为25mm ,中心厚度3mm 的平凸透镜。用matlab 仿 真平面波在透镜几何焦平面上的聚焦光斑强度分布,计算光斑半径。并与理论光斑半径值进行对比,得出误差大小。(方法:采用波动理论,利用基尔霍夫—菲涅尔衍射积分公式。) 2、用MATLAB 仿真平行光束的衍射强度分布图样。(夫朗和费矩形孔衍射、夫朗和费圆孔衍射、夫朗和费单缝和多缝衍射。) 3、用MATLAB 仿真厄米—高斯光束在真空中的传输过程。(包括三维强度分布和平面的灰度图。) 4、(补充题)查找文献,掌握各类空心光束的表达式,采用费更斯-菲涅尔原理推导各类空心光束在真空中传输的光强表达式。用matlab 对不同传输距离处的光强进行仿真。 三、理论推导部分 第一大题 (1)十条近轴光线透过透镜时,理想情况下光线汇聚透镜的焦点上,焦点到像方主平面的距离为途径的焦距F ,但由于透镜的折射率和厚度会影响光在传输过程中所走的路径(即光程差Δ)。在用MATLAB 仿真以前先计算平行光线的传输路径。,R 为透镜凸面的曲率半径,h 为入射光线的高度,θ1为入射光线与出射面法线的夹角,θ2为出射光线与法线的夹角,n 为透镜材料的折射率。设透镜的中心厚度为d ,则入射光线经过透镜的实际厚度为:L=(R-d) 光线的入射角为:sinq1=h/R 折射角度满足:sinq2=nsinq1 而实际的光束偏折角度为:θ2-θ1。 由此可以看出,当平行光线照射透镜时,在凸面之前光线平行于光轴,在凸面之后发生了偏折,于光轴交汇一点,这一点成为焦点f ,折线的斜率为(-tan(θ2-θ1))。 (2)根据题意可得,本题所讨论的是与光轴夹角不同的三条光线,经过透镜的两次反射后的成像问题。利用转面公式计算。

高频电子线路课程设计方案docx

高 频 电 子 线 路 课 程 设 计 设计题目:小功率调幅发射机的设计 目录 摘要 (3) 1.调幅发射机的主要性能指标 (4)

2.调幅发射机的原理和框图 (4) 2.1调幅发射机方框 图 (4) 2.2调幅发射机的电路形式及工作原理 (5) 2.2.1高频振荡器电路 (5) 2.2.2隔离放大电路 (6) 2.2.3受调放大级电路 (6) 2.2.4 话筒和音频放大电路 (7) 2.2.5 传输线与天线 (8) 2.2.6 功率放大级电路 (8) 2.2.7 传输线与天线 (9) 3.电路调试 (9) 3.1 本振级调试 (9)

3.2 放大级调试 (9) 3.3 末级调试 (9) 3.4 通调 (9) 4.心得体会 (10) 参考文献 (12) 附录一 (13) 附录二 (14) 摘要 小功率调幅发射机常用于通信系统和其他无线电系统中,特别是在中短波广播通信的领域里更是得到了广泛应用。原因是调幅发

射机实现条幅简便,调制所占的频带宽,并且与之对应的调幅接收设备简单,所以调幅发射机广泛用于广播发射。 本课题的设计目的是要求掌握最基本的小功率调幅发射系统的设计、调试与安装对各级电路进行详细的探讨。 【关键词】:小功率调幅发射机设计调试 1、调幅发射机的主要性能指标

由于调幅发射机实现调幅简便,调制所占的频带窄,并且与之 对应的调幅接收设备简单,所以调幅发射机广泛地应用于广播发射。调幅发射机的主要性能指标如下: 工作频率范围:调幅制一般适用于中、短波广播通信,其工作 频率范围为300kHz~30MHz。 发射功率:一般是指发射机送到天线上的功率。只有当天线的 长度与发射频率的波长可比拟时,天线才能有效地把载波发射出去。 调幅系数:调幅系数ma是调制信号控制载波电压振幅变化的系数,ma的取值范围为0~1,通常以百分数的形式表示,即0%~100%。 非线性失真<包络失真):调制器的调制特性不能跟调制电压线 性变化而引起已调波的包络失真为调幅发射机的非线性失真,一般 要求小于10%。 线性失真:保持调制电压振幅不变,改变调制频率引起的调幅 度特性变化称为线性失真。 噪声电平:噪声电平是指没有调制信号时,由噪声产生的调制 度与信号最大时间的调幅度比,广播发射机的噪声电平要求小于 0.1%,一般通信机的噪声电平要求小于1%。 2、调幅发射机的原理和框图 2.1 调幅发射机方框图 一条调幅发射机的组成框图如下图图2-1所示,

模拟电子技术课程设计报告

电子技术 课程设计报告 班级:电科1402 姓名:宋晓晨 学号:3140504043 指导教师:汪洋 2015 至2016 学年第二学期开课时 间:

目录 一、课程设计的目的 (3) 二、课程设计的要求 (3) 三、课程设计的内容 (6) 3.1.步进电动机三相六状态控制逻辑电路 (1) 3.2.具有校时功能的数字闹钟 3.3.洗衣机控制器 3.4.音频小信号前置放大电路 3.5.信号发生器设计 3.6.二阶RC有源滤波器设计 四、总结 (24) 五、参考文献 (25)

一、课程设计的目的 电子技术课程设计是继《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》、《电子技术基础实验》课程后的一门实践性训练课程,旨在通过一周实践,理解电子设计基本原理,完整实现规定选题项目设计,考查学生运用电子技术基础理论完成综合设计的能力。 二、课程设计的要求 2.1、步进电动机三相六状态控制逻辑电路设计一个控制步进电机用的逻辑电路,使其工作于如图1所示的三相六拍状态。如果用“1”表示线圈通电,“0”表示线圈断电,设正转时控制输入端M=1,反转时M=0,则3个线圈ABC的状态转换图如图 2.2、具有校时功能的数字闹钟要求: (1)数字钟以一昼夜24小时为一计时周期;(2)有“时”、“分”数字显示,“秒”信号。驱动LED显示光点,将“时”、“分”隔开,显示情况如图3所示;(3)具校时功能,即:在需要时,用户可将数字钟拨至标准时间或其它所需时间;(4)在“0~23”小时内任意小时、任意分钟可有控制地起闹,每次起闹时间为3~5秒钟,或按使用者需要调定。

2.3、设计一个洗衣机控制器要求洗衣机实现如下运转(1)定时启动—〉正转20秒—〉暂停10秒—〉反转20秒—〉暂停10秒—〉定时不到,重复上面过程。(2)若定时到,则停止,并发出音响信号。(3)用两个数码管显示洗涤的预置时间(分钟数),按倒计时方式对洗涤过程作计时显示,直到时间到停机;洗涤过程由开始信号开始。(4)三只LED灯表示正转、反转、暂停三个状态。 2.4、音频小信号前置放大电路设计 设计音频小信号前置放大电路,并用合适软件模拟,。具体要求如下:(1)放大倍数Au≥1000; (2)通频带20Hz~20KHz; (3)放大电路的输入电阻RI≥1M,输出电阻RO=600 (4)绘制频响扫描曲线。 说明:设计方案和器件根据题目要求自行选择,但要求在通用器件范围内。 测试条件:技术指标在输入正弦波信号峰峰值Vpp=10mv的条件进行测试(输入输出电阻通过设计方案保证)。 2.5、信号发生器设计 设计一个能够输出正弦波、三角波和矩形波的信号源电路,电路形式自行选择。输出信号的频率可通过开关进行设定,具体要求如下:1输出信号的频率范围为100Hz~2kHz,频率稳定度较高,2步进为100Hz。要求输出是正

基于Simulink仿真双闭环系统综合课程设计报告书

课程设计 双闭环直流调速系统设计及仿真验证 学院年级:工程学院08级 组长:陈春明学号200830460102 08自动化1班成员一:陈木生学号 200830460103 08自动化1班 指导老师: 日期: 2012-2-28 华南农业大学工程学院

摘要 转速、电流双闭环调速系统是应用最广的直流调速系统,由于其静态性能良好,动态响应快,抗干扰能力强,因而在工程设计中被广泛地采用。现在直流调速理论发展得比较成熟,但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工程设计却有一定的难度。 Matlab是一高性能的技术计算语言,具有强大的科学数据可视化能力,其中Simulink具有模块组态简单、性能分析直观的优点,方便了系统的动态模型分析。应用Simulink来研究双闭环调速系统,可以清楚地观察每个时刻的响应曲线,所以可以通过调整系统的参数来得出较为满意的波形,即良好的性能指标,这给分析双闭环调速系统的动态模型带来很大的方便。 本研究采用工程设计方法,并利用Matlab协助分析双闭环调速系统,依据自动控制系统快、准、稳的设计要求,重点分析系统的起动过程。 关键词:双闭环直流调速 Simulink 自动控制

目录 1、直流电机双闭环调速系统的结构分析....................... 1.1 双闭环调速系统的组成............................... 1.2 双闭环调速系统的结构.................................... 2 、建立直流电机双闭环调速系统的模型............................ 2.1 小型直流调速系统的指标及参数......................... 2.2 电流环设计............................................... 2.3 转速环设计................................................ 3、直流电动机双闭环调速系统的MATLAB仿真.................... 3.1 系统框图的搭建............................................. 3.2 PI控制器参数的设置...................................... 3.3 仿真结果.................................................... 4、结论与总结....................................................... 5、参考资料.......................................................

模拟电子技术课程设计报告

课程设计报告 题目方波、三角波、正弦波信号 发生器设计 课程名称模拟电子技术课程设计 院部名称机电工程学院 专业10自动化 班级10自动化 学生姓名吉钰源 学号1004104001 课程设计地点 C206 课程设计学时 1周 指导教师赵国树 金陵科技学院教务处制成绩

目录 1、绪论 (3) 1.1相关背景知识 (3) 1.2课程设计目的 (3) 1.3课程设计的任务 (3) 1.4课程设计的技术指标 (3) 2、信号发生器的基本原理 (4) 2.1总体设计思路 (4) 2.2原理框图 (4) 3、各组成部分的工作原理 (5) 3.1 正弦波产生电路 (5) 3.1.1正弦波产生电路 (5) 3.1.2正弦波产生电路的工作原理 (6) 3.2 正弦波到方波转换电路 (7) 3.2.1正弦波到方波转换电路图 (7) 3.2.2正弦波到方波转换电路的工作原理 (8) 3.3 方波到三角波转换电路 (9) 3.3.1方波到三角波转换电路图 (9) 3.3.2方波到三角波转换电路的工作原理 (10) 4、电路仿真结果 (11) 4.1正弦波产生电路的仿真结果 (11) 4.2 正弦波到方波转换电路的仿真结果 (11) 4.3方波到三角波转换电路的仿真结果 (13) 5、电路调试结果 (13) 5.1正弦波产生电路的调试结果 (13) 5.2正弦波到方波转换电路的调试结果 (14) 5.3方波到三角波转换电路的调试结果 (14) 6、设计结果分析与总结 (15)

1、绪论 1.1相关背景知识 由于物理学的重大突破,电子技术在20世纪取得了惊人的进步。特别是近50年来,微电子技术和其他高技术的飞速发展,致使农业、工业、科技和国防等领域发生了令人瞩目的变革。与此同时,电子技术也正在改变着人们日常生活。在电子技术中,信号发生器是一种能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途,可以用于生产测试、仪器维修和实验室,还广泛使用在其它科技领域,如医学、教育、化学、通讯、地球物理学、工业控制、军事和宇航等。它是一种不可缺少的通用信号源。 1.2课程设计目的 通过本次课程设计所要达到的目的是:增进自己对模拟集成电路方面所学知识的理解,提高自己在模拟集成电路应用方面的技能,树立严谨的科学作风,培养自身综合运用理论知识解决实际问题的能力。通过电路设计初步掌握工程设计方法,逐步熟悉开展科学实践的程序和方法,为后续课程的学习和今后从事的实际工作提供引导性的背景知识,打下必要的基础。 1.3课程设计的任务 ①设计一个方波、三角波、正弦波函数发生器; ②能同时输出一定频率一定幅度的三种波形:正弦波、方波和三角波; ③用±12V电源供电; 先对课程设计任务进行分析,及根据参数的确定选择出一种最适合本课题的方案。在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。然后运用仿真软件Multisim对电路进行仿真,观察效果并与课题要求的性能指标作对比。仿真成功后,用实物搭建电路,进行调试,观测示波器输出的波形。 1.4课程设计的技术指标 ①设计、组装、调试信号发生器; ②输出波形:正弦波、方波、三角波; ③频率范围在10Hz~10000Hz范围内可调; ④比较器用LM339,运算放大器用LM324,双向稳压管用两个稳压管代替。

模拟电子课程设计仿真

1、集成运放的应用电路 (1)参考电路图如下: (2)应用仿真库元件,3D元件分别进行仿真,熟悉示波器的使用2、电流/电压(I/V)转换器的制作与调试 (1)参考电路图如下:

(2)要求将0~10毫安电流信号转换成0~10伏电压信号。(3)分析电路的工作过程,完成制作与调试。 (4)填写下表,分析结果。 3、电压/电流(V/I)转换器的制作与调试(1)参考电路图如下: (2)要求将0~10伏电压信号转换成0~10毫安电流信号。(3)分析电路的工作过程,完成制作与调试。 (4)填写下表,分析结果。

4、电子抢答器制作 (1)参考电路图如下: (2)电路的工作原理: 本电路使用一块时基电路NE555,其高电平触发端6脚和低电平触发端2脚相连,构成施密特触发器,当加在2脚和6脚上的电压超2/3V CC时,3脚输出低电平,当加在2脚和6脚上的电压低于1/3V CC时,3脚输出高电平。按下开关SW,施密特触发器得电,因单向可控硅SCR1~SCR4的控制端无触发脉冲,SCR1~SCR4关断,2脚和6脚通过R1接地而变为低电平,所以3脚输出高电平,绿色发光二极管LED5发光,此时抢答器处于等待状态。 K1~K4为抢答键,假如K1最先被按下,则3脚的高电平通过K1作用于可控硅SCR1的控制端,SCR1导通。红色发光二极管LED1发光,+9V电源通过LED1和SCR1作用于NE555的2脚和6脚,施密特触发器翻转,3脚输出低电平,LED5熄灭。因3脚输出为低电平,所以此后按下K2~K4时,SCR2~SCR4不能获得触发脉冲,SCR2~SCR4维持关断状态,LED2~LED4不亮,LED1独亮说明按K1键者抢先成功,此后主持人将开关SW起落一次。复位可控硅,LED1熄灭,LED5亮,抢答器又处于等待状态。 220V市电经变压器降压,VD1~VD4整流,C滤波,为抢答器提供+9V直流电压。VD1~VD4选IN4001,C选用220μF/15V。R1和R2选1KΩ,LED1~LED4选红色发光二极管,LED5选绿色发光二极管。SW为拨动开关,K1~K4为轻触发开关,单向可控硅选2P4M,IC 为NE555。 (3)完成电路的制作与调试。 5、交替闪光器的制作与调试 (1)参考电路图如下:

MATLAB仿真课程设计报告

北华大学 《MATLAB仿真》课程设计 姓名: 班级学号: 实习日期: 辅导教师:

前言 科学技术的发展使的各种系统的建模与仿真变得日益复杂起来。如何快速有效的构建系统并进行系统仿真,已经成为各领域学者急需解决的核心问题。特别是近几十年来随着计算机技术的迅猛发展,数字仿真技术在各个领域都得到了广泛的应用与发展。而MATLAB作为当前国际控制界最流行的面向工程和科学计算的高级语言,能够设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质量程序,而且编程效率和计算效率极高。MATLAB环境下的Simulink是当前众多仿真软件中功能最强大、最优秀、最容易使用的一个系统建模、仿真和分析的动态仿真环境集成工具箱,并且在各个领域都得到了广泛的应用。 本次课程设计主要是对磁盘驱动读取系统校正部分的设计,运用自动控制理论中的分析方法,利用MATLAB对未校正的系统进行时域和频域的分析,分析各项指标是否符合设计目标,若有不符合的,根据自动控制理论中的校正方法,对系统进行校正,直到校正后系统满足设计目标为止。我组课程设计题目磁盘驱动读取系统的开环传递函数为是设计一个校正装置,使校正后系统的动态过程超调量δ%≤7%,调节时间ts≤1s。 电锅炉的温度控制系统由于存在非线性、滞后性以及时变性等特点,常规的PID控制器很难达到较好的控制效果。考虑到模糊控制能对复杂的非线性、时变系统进行很好的控制, 但无法消除静态误差的特点, 本设计将模糊控制和常规的PI D控制相结合, 提出一种模糊自适应PID控制器的新方法。并对电锅炉温度控制系统进行了抗扰动的仿真试验, 结果表明, 和常规的PI D控制器及模糊PI D复合控制器相比,模糊自适应PI D控制改善了系统的动态性能和鲁棒性, 达到了较好的控制效果。

模电课程设计报告

南京工业大学信息科学与工程学院 课程设计报告(2009 —2010 学年第一学期) 课程名称:模拟电子线路设计 班级:通信0802 学号:07 姓名:俞燕 指导教师:李鑫 2010年1 月

一.课程设计题目 模拟电子线路课程设计 二.目的与任务 1、目的: ①.学会知识的综合运用,将离散知识点组合,将数字电路,模拟电路课程综合。 ②.学会理论与实践相结合,以理论为基础设计电路,在实践中检验修正。 ③.能熟练运用multisim进行电路设计和仿真,并比较仿真和实际电路结果差异。 ④.重点训练器件的选择与匹配,调试的方法和技巧。 ⑤.锻炼自己的动手能力和自学能力。 2.任务: 增益可自动变化的放大器(a),(b,(c),(d),(e)。分值系数分别为0.9,1.0,1.1不等,任选一题进行设计制作。 三.内容和要求 1. 内容: 设计制作一个增益可自动变化的交流放大器(e) ①.放大器增益可在1倍,2倍,3倍,4倍四档间巡回切换,切换频率为1Hz。 ②.电源采用±5V供电。 ③.通过数码管显示当前放大电路的放大倍数,用0,1,2,3表示1倍,2倍,3倍,4倍 即可。 ④.对指定的任意一种增益进行选择和保持,保持后可返回巡回状态。 2.要求 设计方案原则:功能完整,结构简单,成本较低,个人特色。 布线原则:逻辑清晰,接线牢固,测试方便,美观大方。 ①.放大器的的电压增益由反馈电阻控制,因此只要改变反馈电阻就能切换不同的增益范围。 ②.增益的自动切换,可通过译码器输出信号,控制模拟开关来实现不同的反馈电阻的接入。 ③.对某一种增益的选择,保持通常由芯片的地址输入和使能端控制。 ④.在进行巡回检测时,其增益的切换频率由时钟脉冲决定。

福州大学模拟电路课程设计报告

模拟电路课程设计报告 设计课题:程控放大器设计 班级:电子科学与技术 姓名:1111111 学号:1111111 指导老师:杨 设计时间:2015年6月24日~26日 学院:物理与信息工程学院

目录 一、摘要及其设计目的 (3) 二、设计任务和要求 (4) 三、方案论证及设计方案 (5) 四、单元电路的设计、元器件选择和参数计算 (8) 五、总体电路图,电路的工作原理 (10) 六、组装与调试,波形电路实际图及数据 (12) 七、所用元器件及其介绍 (16) 八、课程设计心得与体会 (18)

一、摘要 本次课程设计的目的是通过设计与实验,了解实现程控放大器的方法,进一步理解设计方案与设计理念,扩展设计思路与视野。程控放大器的组成结构:1.利用3个运放OP07构成的耳机放大电路;2.芯片CD4051八位的选择器通过片选端的控制调节R1电阻值的大小,从而改变放大倍数。实现最大放大60db的目的。 A summary The purpose of this course design is to design and experiment, to understand the method of program control amplifier, to further understand the design scheme and design concept, to expand the design idea and the visual field. The structure of programmable amplifier: 1. The three operational amplifier OP07 constitute the headset amplifier circuit; chip CD4051 eight selector through the chip selection terminal control regulating resistor R1 value of size, thus changing the magnification. The purpose of achieving maximum amplification of 60db.

模拟电路课程设计..

模拟电子技术课程设计任务书 一、课程设计的任务 通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题,巩固和运用在《模拟电子技术》中所学的理论知识和实验技能,掌握常用模拟电路的一般设计方法,提高设计能力和实践动手能力,为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。 二、课程设计的基本要求 1、掌握电子电路分析和设计的基本方法。包括:根据设计任务和指标初选电路;调查研究和设计计算确定电路方案;选择元件、安装电路、调试改进;分析实验结果、写出设计总结报告。 2、培养一定的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。包括:学会自己分析解决问题的方;对设计中遇到的问题,能通过独立思考、查询工具书和参考文献来寻找解决方案,掌握电路测试的一般规律;能通过观察、判断、实验、再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障;能对实验结果独立地进行分析,进而做出恰当的评价。 3、掌握普通电子电路的生产流程及安装、布线、焊接等基本技能。 4、巩固常用电子仪器的正确使用方法,掌握常用电子器件的测试技能。 5、通过严格的科学训练和设计实践,逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风,并逐步建立正确的生产观、经济观和全局观。

三、课程设计任务 课题4 逻辑信号电平测试器的设计 (一)设计目的 1、学习逻辑信号电平测试器的设计方法; 2、掌握其各单元电路的设计与测试方法; 3、进一步熟悉电子线路系统的装调技术。 (二)设计要求和技术指标 在检修数字集成电路组成的设备时,经常需要使用万用表和示波器对电路中的故障部位的高低电平进行测量,以便分析故障原因。使用这些仪器能较准确地测出被测点信号电平的高低和被测信号的周期,但使用者必须一面用眼睛看着万用表的表盘或者示波器的屏幕,一面寻找测试点,因此使用起来很不方便。 本课题所设计的仪器采用声音来表示被测信号的逻辑状态,高电平和低电平分别用不同声调的声音来表示,使用者无须分神去看万用表的表盘或示波器的荧光屏。 1、技术指标: (1)测量范围:低电平<1V,高电平>3V; (2)用1.5KH Z的音响表示被测信号为高电平; (3)用500H Z的音响表示被测信号为低电平;

仿真课设报告

仿真课程设计报告 题目: 柔性生产线仿真案例 班级:物流 姓名: 学号: 指导教师: 2015年9月23日

目录 一、课程设计目的 (3) 二、课程设计内容 (3) 三、设计步骤 (3) 3.1案例分析 (3) 3.1.1案例说明 (3) 3.1.2建模步骤 (5) 3.1.3主要技术设计 (5) 3.2模型搭建 (6) 3.2.1基础空间总体布局 (6) 3.2.2Track设计 (6) 3.2.3加工设备的设计 (7) 3.2.4工件和AGV的属性设计 (9) 3.2.5表的设计 (10) 3.2.6工件生成器和消灭器的设计 (12) 3.2.7Method和Variable的设计 (12) 3.3仿真实现 (13) 3.3.1工件加工流程及时间设计 (13) 3.3.2任务队列设计 (13) 3.3.3小车的运行规则设计 (14) 3.3.4其它控制方法 (17) 四、仿真分析 (20) 4.1设备利用率 (20) 4.2轨道利用率 (21) 4.3加工总时间 (22) 五、模型优化 (22) 5.1订单投产优化 (22) 5.2小车优化 (23) 5.3其它优化 (26) 六、课设总结 (29)

一、课程设计目的 本课程设计是与物流工程专业教学配套的实践环节之一,结合《现代生产管理》、《设施布置与规划》、《离散系统建模与仿真》等课程的具体教学知识点开展。在完成以上课堂教学的基础上,进行一次全面的实操性锻炼。设计采用企业的实际案例数据,要求完成生产线物流仿真建模和生产线物流优化方案设计两大方面的实际设计内容。 通过本环节的设计锻炼,我们可以加深对本课程理论与方法的掌握,同时具备分析和解决生产运作系统问题的能力,改变传统的理论教学与生产实际脱节的现象。 二、课程设计内容 以某企业柔性制造系统(FMS)为对象,按该企业的生产实际资料为设计依据。对该柔性制造系统进行建模和仿真,通过模拟该制造系统的物流状况,寻找优化的物流方案进行产能平衡,并针对优化后的方案再次进行仿真,对比两个仿真结果在交货期要求,设备利用率等方面的不同,并制定该柔性制造系统生产作业计划。 三、设计步骤 3.1案例分析 3.1.1案例说明 1.柔性制造系统状况: 某企业柔性制造系统共有5台加工中心,定义加工中心名称分别为CNC_1、CNC_2、CNC_3、CNC_4、CNC_5。该制造系统内有一辆AGV小车,运行速度为1米/秒,可控制其实现不同的运送策略。每台设备入口和出口前有容量为4的缓冲,工件在由设备完成加工前后必须经过入口缓冲和出口缓冲,每台设备由一工人负

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