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自考软件开发工具串讲笔记
《软件开发工具》串讲笔记
第一章绪论
重点背诵：
1、对于CASE工具有两种理解，一种是“计算机辅助软件工程”，另一种是“计算机辅助系统工程”。
2、软件开发工具是引导人们建立正确、有效的概念模式的一种手段。
3、从几十年软件开发工具发展历史中，可以看到软件开发工具一个值得注意的特点是多样性和趋同性的并存。
4、进入二十一世纪以来，软件开发工具的发展有两个鲜明的特点，第一个特点是面向网络，另一个特点是开源软件的兴起和运用。
5、当前我们所要开发的信息系统不同于以前。
其重要特征是具有复杂性、多样性和相互关联性。
1.1软件开发工具的由来
（1）简述软件开发工具的范围？
在高级程序设计语言（第三代语言）的基础上，为提高软件开发的质量和效率，从规划、分析、设计、测试、成文和管理各方面，对软件开发者提供各种不同程序帮助的一类新型软件。
（2）软件开发工具的发展过程
包括以下四个阶段：
工具产生之前、通用工具的使用、专用工具的出现、一体化工具的出现。
论述工具产生之前，第一代到第四代程序设计语言的主要特征？
1）第一代机器语言阶段：
使用“0”和“1”代码进行编程，难于阅读，难于维护，而且程序高度依赖于计算机硬件，难于移植；
2）第二代汇编语言：
使用助记符来编写程序，由汇编系统将汇编指令转化为机器指令，编程工作量大大降低，但依然依赖于计算机硬件。
与此同时，操作系统的出现从另一方面改善了人们应用计算机的条件；
3）第三代高级程序设计语言，高级语言突破了与机器指令一一对应的限制，实现了对机器的独立性，从而大大提高了程序的可移植性。
程序员需要逐行编写语句来实现算法的过程，因此它属于过程化的语言；
4）第四代语言（4GL）是非过程化的程序设计语言，用户只说明要求做什么，而把具体的执行步骤交由软件自动执行。
5）利用通用软件作为辅助工具的阶段
利用文字处理软件来编写文档，利用绘图软件来绘制流程图。
6）专用软件开发工具阶段
专用软件开发工具是面对某一工作阶段或工作任务的工具，优点是能提高软件开发的质量和效率；缺点是一致性的保持，对软件开发缺乏全面的、统一的支撑环境。
7）集成的软件开发工具阶段
产生的背景：
集成的软件开发工具称为软件开发环境，是指包括支持全过程、全阶段的软件开发工具。
以往的专用软件开发工具对软件的开发缺乏全面的、统一的支撑环境。
这些零散地、分散地支持各个工作阶段、各项具体工作的专用工具之间没有有机地联系起来，必然会造成冲突与矛盾，以致抵消了工具带来的益处。
这种情况导致了集成化软件开发工具的产生。
（3）用通用软件辅助软件开发的缺点？
答：
用通用软件来帮助软件开发人员编写文档或画图可以减少不少工作量，但是这种帮助实在是太表面、太初步了。
用通用软件帮助软件开发有三个主要的弱点。
1）有许多工作是通用软件所无法完成的；2）用通用软件完成某些工作，只能表现出其表面的形式，而不能反映其逻辑内涵，只能做到“形似”，不能做到“神似”；3）难于保持一致性。
1.2软件开发工具的概念
（4）软件开发工具的概念、地位及作用
软件开发工具的概念：
在高级程序设计语言（第三代语言）的基础上，为提高软件开发的质量和效率，从规划、分析、设计、测试、成文和管理各方面，对软件开发者提供各种不同程序帮助的一类新型软件。
其要点是：
1）它是在高级程序设计语言（第三代语言）之后，软件技术进一步发展的产物；2）它的目的是在人们开发软件中给予各种不同方面、不同程度的支持或帮助；3）它支持软件开发的全过程，而不是仅限于编码或其它稳定的工作阶段。
软件开发工具的地位：
软件开发工具的提出与使用，是软件技术发展的一个新阶段，它是软件发展的必然趋势，是软件技术发展到一定阶段的必然产物。
软件开发工具的作用：
软件开发工具可以提高软件开发的效率，保证软件开发的质量，加快软件开发的周期，同时使得系统更加规范，而且节省人力、财力。
（5）软件开发工具的发展（新阶段的特点）
答：
表现在四个方面：
1）自动化程度的提高；
2）明确地把需求分析和架构设计包括进了软件工作的范围之内；
3）把软件开发工作延伸到项目及版本管理，从而超出了一次编程的局限；
4）在这一阶段的研究中，吸收了许多管理科学的内容与方法，如程序员的组织、质量的控制等。
1.3软件开发工具的性能与功能
（6）试述软件开发的过程。
答：
1）需求分析阶段：
根据初始要求形成严格的、明确的、可供实际开发使用的软件功能说明书；
2）总体设计阶段：
根据软件功能说明书的要求，完成软件的总体设计，这包括整个软件的结构设计，公用的数据文件或数据库的设计，各部分的连接方式及信息交换的标准等几个主要内容；
3）实现阶段：
完成程序的编写与文档的编写；
4）调试阶段：
进行模块的调试与整个软件的联调。
***软件开发工作的起点是初始要求的提出。
需求分析阶段的任务是建立模型；需求分析阶段的基本任务是完成系统的总体设计
（7）软件开发工具的基本功能
答：
功能是软件能做什么事。
软件开发工具的主要功能：
1）认识与描述客观系统。
主要是用在软件开发工作的第一个阶段——需求分析阶段。
需求分析工作不确定程度高，更需要经验，更难形成规范化，因而人们希望软件开发工具能在这方面给予更多的帮助。
2）存储及管理开发过程中的信息：
在软件开发的各阶段都要产生及使用许多信息。
有些信息到了其它阶段还要使用，故信息保存与管理问题显得非常突出。
3）代码的编写或生成：
在整个软件开发工作过程，程序编写工作占了相当比例的人力物力和时间，提高代码的编制速度与效率显然是改进软件工作的一个重要方面。
4）文档的编制或生成：
文档编写工作也是软件开发工作中十分繁重的一项工作，不但费时费力，而且很难保持一致。
在这方面，计算机辅助的作用可以得到充分的发挥。
5）软件项目的管理：
这方面的功能更明确地是为项目管理人员提供支持，而不是为程序员提供支持。
（8）软件开发工具的主要性能指标
答：
性能是软件能把事情做到什么程序。
性能指标主要有：
1）表达能力或描述能力；
2）保持信息一致的能力；
3）使用的方便程序；
4）工具的可靠程度；
5）对硬软件环境的要求。
1.4软件开发工具的类别
（9）软件开发工具的类别
答：
1）按工作阶段可分为：
计划工具，分析工具和设计工具；
计划工具：
计划工具是从宏观角度去看待软件开发的软件开发工具。
它不仅从项目管理的角度，帮助人们组织与实施项目，并且把有关进度、资源、质量、验收情况等信息有条不紊地管理起来，而且考虑到了项目的反复循环、版本更新。
实现了“跨生命周期”的信息管理与共享，为信息以至软件的重用创造了条件。
完全是为项目主管人员服务的；分析工具：
主要用于需求分析的工具，它帮助人们认识与表述信息需求和信息流程，从逻辑上明确软件功能与要求。
设计工具：
设计工具是最具体的，它是指在实现阶段对人们提供帮助，是最直接帮助人们编程调试软件与编写文档的工具。
2）按集成程序分：
专用工具和集成化工具；
专用工具：
面对某一工作阶段或某一工作任务的软件开发工具。
集成化工具：
是集成化的、面对软件开发全过程的软件开发工具。
3）按与硬软件的关系分：
依赖于硬软件的管理和独立于硬软件的工具。
1.5软件开发工具的研究与应用
（10）学习软件开发工具的目的是什么？
答：
学习软件开发工具的目的：
了解软件开发工具的概念、理论基础、基本功能、发展现状与前景，以便能够在实际工作中正确地选择与使用软件开发工具，在必要时能够参加或组织软件开发工具的自行研制，从而达到提高软件工作水平与效率之目标。
第二章软件开发过程及其组织
1、软件危机：
指随着软件功能越来越多，规模越来越大，复杂性越来越高，引出一系列的问题：
软件产品交付拖延、错误多、不可靠、费用增大、不能适应应用变化等，因此怀疑大型软件的复杂性是否超越了人的处理能力。
2、水波效应：
因修改程序带来的连带影响。
当人们修改程序的某一处时，由于没有充分考虑到这一修改对相关部分带来的影响，结果出现了新的错误。
（名词解释）
3、黑箱检验：
输入一些信息，通过观察是否能得出预期输出来判断软件是否正确的一种软件测试方法。
黑箱检验只能证明程序有错，而不能证明程序没错。
（名词解释）
2.1软件开发的困难
（1）软件开发中的两个转换过程
对于单个程序员来说，以下两个转换是做好软件工作的关键。
首先是从用户的理解到程序员的理解之间的转换；程序的理解与程序的实现之间的转换。
保证第一个转换的手段：
利用尽可能标准化的方法编写程序设计任务书，用明确的语言或图形、表格，把程序要处理的信息的内容、格式、来源、去向、存储与处理清楚地表达出来，作为双方共同的理解。
保证第二个转换的手段：
提高程序员的知识水平与实践经验。
（2）大型软件开发中困难及原因
大型软件开发中的困难有：
1）一致性的保持成为十分困难的问题。
2）测试的困难大大增加。
3）工作进度难以控制。
4）文档与代码的协调十分困难。
5）版本更新带来的问题。
困难产生的原因有：
1）这些困难来自大系统的复杂性；
2）许多具有主动性的个人和组织与协调带来大量的困难；
3）各个应用领域之间的差别导致困难的加重；
4）时间的因素，变化的因素给软件开发带来许多困难。
2.2软件开发方法的发展
（3）为提高软件开发的水平和效率，人们提出的软件开发方法面对软件开发中的种种困难和问题，几十年来，软件工作者先后提出的软件开发方法有：
结构化程序设计方法、软件工程方法、面向对象的程序设计方法、即插即用的程序设计方法、面向开源软件的程序设计方法。
（4）用户、项目负责人、程序员和计算机四种角色在软件开发中应承担的任务？
用户：
提出需求，验收软件，使用软件，提出修改要求；项目负责人：
需求分析，分配任务，验收模块，联调，交付使用，分析修改需求，验收修改成果；程序员：
编写程序，模块高度，模块交付检验，修改软件，修改的软件交付检验；计算机：
试运行。
（5）结构化程序设计的基本思想、原则（20世纪60年代产生的）
结构化程序设计的基本思想：
把程序的结构分解成三种基本模块：
处理单元、循环机制、二分决策机制，并保证模块的划分符合‘结构良好’的要求：
1）模块的功能在逻辑上尽可能地单一化、明确化，最好做到一一对应；
2）尽可能地减少模块之间的联系及相互影响，对于必需的联系都应当加以明确的说明。
应当尽量避免逻辑耦合，而仅限于数据耦合；
3）模块的规模应当足够小，以便使它本身的调试易于进行。
结构化程序设计的原则：
1）限制甚至不用GOTO语句，绝对禁止超越模块边界的GOTO语句。
2）子程序尽可能做到只有一个入口、一个出口。
3）程序风格应尽量明确、清晰，包括适当增加注释，书写格式体现层次结构（如循环内的语句一致地右移两格），变量名称的选用尽量具有逻辑意义等。
4）在程序编写的同时完成有关的文档编撰，不要拖延时间。
结构化程序设计的方法主要是为程序员服务的。
其缺点是它增大了程序工作量，增加了编程中的麻烦与琐碎的工作，并且降低了程序的运行效率。
但是它保证了软件的可靠、准确，而且使软件易于修改。
***模块的凝聚性：
模块的功能在逻辑上尽可能地单一化、明确化，最好做到一一对应。
即每一个模块实现一项明确的任务，反之每一项任务仅由一个模块来完成。
此即为模块的凝聚性。
***模块间的耦合（耦合性）：
模块之间的联系及相互影响称为耦合。
***模块间逻辑耦合：
如果模块间传递的是控制信号，则称模块间具有逻辑耦合。
（6）软件工程的基本思想和方法（20世纪80年代）
软件工程的思想来源于传统工程，要想大幅度地从根本上提高软件开发的效率和质量，就应当吸取人们在各种传统产业中的成功经验，从组织和管理的角度加强力量，使软件生产从程序员的个人劳动提高成为有组织的、可控制的工程。
软件工程借鉴于传统工程的思想，从软件开发的经验中归纳出相应的工作步骤和交流标准，大家都来遵守和执行，从而保证软件开发的进度与质量。
软件工程的实施方法：
首先，对软件开发的工作过程进行规范。
如IBM的AD/Cycle对应用软件的开发过程做了如下划分和规定：
第一阶段，需求分析。
了解企业的结构与功能，掌握组织及管理者的信息需求，弄清信息流通的实际情况。
第二阶段，分析设计。
进行功能分析及数据分析，完成处理过程及数据库的逻辑设计。
第三阶段，编程阶段。
完成具体的程序编写工作。
第四阶段，测试阶段。
对已有代码进行认真检测与试用。
第五阶段，使用及维护阶段。
组织使用者有效的使用，并及时检查与修正发现的错误。
在标准化方面主要从两个方面探索：
1）表达方式的标准化，如统一规格的数据流程图、数据字典、模块结构图等。
2）对工作的质量及检查制订标准，如在一定时候，作一定的检查。
（7）面向对象程序设计的基本思想
面向对象的方法是人们试图解决软件危机的一种尝试。
面向对象的程序设计的基本思想归纳为以下几点：
1）客观世界的任何事物都是对象，它们都有一些静态属性，也都有一些有关的操作。
作为一个整体，这些对象对外不公开这些属性与操作。
2）对象之间有抽象与具体，群体与个体，整体与部分等几种关系。
这些关系则构成对象的网络结构。
3）抽象的、较大的对象所具有的性质，包括静态属性和动态操作，自然地成为它的子类的性质，不必加以说明或规定。
4）对象之间可以互送消息，这一消息可以是传送一个参数，也可以是使这个对象开始某个操作。
***对象与类的关系：
类是对一组几乎相同的对象的描述。
从一组对象中出公共数据与方法，并将它们保存在一类中，是面向对象功能的核心。
类是创建对象的框架，而对象是类的实例。
（8）即插即用的程序设计的基本思想
即插即用程序设计：
即插即用程序设计是一咱软件开发方法，它的基本思想是用制造硬件的思路来生产软件。
基本思想是：
一部分人专门生产软件组件，而另一部分人则构造整个软件的结构，并且把软件组件插入这个结构，以便迅速完成大型软件的研制工作。
***开源软件：
开放源代码的软件。
由开发者或知识产权所有者开放该功能模块的源代码，提供给后继开发者免费使用。
2.3软件开发过程的管理
（9）软件评价的主要方面（什么样的软件才是好软件？
）
答：
1）正确性:
正确地实现所要求的功能，准确地给出预定的输出结果；
2）易用性:
用户界面友好，符合实际用户的使用习惯与知识水平；
3）效率：
具有足够的速度，能在符合用户要求的时间限度内，给出所要求的处理结果；
4）可靠性：
具有足够的可靠性，能够在各种干扰下保持正常的工作；
5）可维护性：
程序易讯，结构良好，文档齐全，从而保证易于修改。
（10）一个好的项目组至少应当具备的条件
答：
（1）有严格的工作规范和文档标准必须要有严格的、成文的工作规范和文档标准，而且应当为全体成员所熟知，并且切实得到遵守。
（2）人员之间有严格的分工。
除了程序员之外，必须有专门的秘书（负责文档的收集、审核及保管），必须有专门的测试人员（负责测试和验收有关的部分），特别是要有专职的，不限于具体编程的项目负责人。
（3）每个项目有详细的时间安排并严格执行每个项目都要事先制定详细的时间表，并且得到严格执行。
每一项目完成之后都有完整的资料，并得到妥善保存，一旦需要修改或更新版本时可以立即使用。
（11）项目组与程序员的关系（项目组对程序员的约束有哪些?
）
答：
（1）保证严格地在本模块范围内操作，决不要使用可能干扰其它模块的命令或函数。
（2）严格按总体设计的要求和理解去传递参数值，决不要随意修改其内容或含义。
（3）在对公用的文件或数据库进行存取时，必须完全地、准确地按统一规定的格式去操作，决不能擅自改变。
（4）在使用标识符时，应按照统一的原则，尽量使用易于看出逻辑含义的名称。
特别是涉及公用数据及参数的时候。
（5）严格按照统一的要求编写文档，在内容、格式、表达方式、符号使用上遵循项目组的统一规定。
（6）尽量保持程序风格的一致。
如注释行的安排，行首空格的使用等。
第三章软件开发工具的理论基础
3.1软件开发过程的信息需求
（1）软件开发过程中信息流通的主要内容
答：
软件开发过程的信息流通描述了各种信息在各种人员与计算机之间的流通状况，其中涉及到四类人：
用户、分析人员、程序员和维护人员。
涉及四类信息：
第一类，有关环境、现状及需求的信息；第二类，有关软件的功能设计与物理设计的各种信息；第三类，软件成果本身，包括程序和文档；第四类信息，用户对系统的各种变更要求，以及系统的各种变更记录，是跨开发周期的。
（2）软件开发工具的理论及技术基础
答：
1）认知科学中关于概念模式的概念与方法；
2）数据库技术的理论和方法；
3）编译技术的有关方法；
4）关于人机界面的理论与方法；
5）管理科学中关于项目管理与版本管理的理论与方法；
6）系统科学与系统工程中的有关理论与方法。
3.2概念模式及其作用
（3）概念模式的定义与意义
概念模式是指人们在认识事物过程中，对于某一事物或某一系统形成的抽象的、一般化的概念框架。
概念模式具有二重性意义，它既反映了客观现实，同时又具有主观性。
概念模式是在客观事物或系统的基础上形成的，在某种程序上反映了客观现实。
但它又不等同于客观事物本身，因为它常常是抽象出的某一事物的部分属性，所以往往只反映事物的某一方面。
至于选取哪些属性或哪些方面，还决定与观察者本身的目的与状态。
所以概念模式又具有主观性。
（4）八种概念模式的意义
在软件开发中常用的概念模式有八种：
框图、结构图、数据流程图、实体关系图、数据字典图、时序网络、数学与逻辑模型、计算机模拟模型。
1）框图：
框图是人们在编写软件时最早使用的一种概念模式，它用来描述程序执行的逻辑过程。
它把程序的基本步骤归纳为：
处理、判断、输入输出、超始或终结等几个基本功能。
2）结构图：
结构图是描述大型软件的层次结构的概念模式。
它以模块调用关系为线索，从宏观上使人一目了然地掌握软件的全貌。
程序的调用方式有三种：
顺序调用、选择调用、循环调用。
3）数据流程图（DFD）：
数据流程图是描述系统的信息流程的概念模式，它描述系统的信息来源、存储、去向的全面情况。
数据流程图的基本元素是外部实体、数据处理与数据存储，用箭头表示信息的流动状况。
4）实例关系图：
是一种用于描述静态数据结构的概念模式，它以实体、关系、属性三个基本概念概括数
据的基本结构.
5）数据字典（DD）：
是一种用于描述数据内容的概念模式，它用表格的形式列出数据的基本属性以及相互关系。
6）时序网络（PertrNet）：
一种较为特殊的概念模式。
主要描述系统状态及其转换方式，常常用于一些实时控制方面的软件的功能。
它的基本概念是状态与转换。
状态是指系统在运转中某一特定的运行态势或工作方式；转换指状态之间在一定条件下的相互变化。
它具有前面几种概念模式所没有的、特殊的描述功能。
7）数学与逻辑模型：
用于描述客观世界的状态与规律的概念模式，优点是严格、准备、可计算机，但限制颇多，一般只能描述比较单纯、比较基础的功能。
决策树和决策表是经常使用的表达方式。
8）计算机模拟模型：
利用计算机大量、高速处理信息的能力，在计算机内设置一定的环境，又以程序来表现客观系统中的某些规律或规则，计算机则在设定好的环境、设定好的规则高速运行，以便人们观察与预测客观系统的状况。
3.3信息库及其一致性
（9）信息库的特点
信息库是一个包罗万象的，随着项目进度不断修改与补充的数据集合。
它在规模上不一定像数据仓库那么大，分析提炼的要求也与数据仓库不同，然而作为软件开发全过程的信息管理总枢纽，它的数据结构是相当复杂的，而且会随时间不断变化，因此保持一致性的任务变得十分复杂和艰巨。
信息库与数据库、数据仓库有什么区别？
信息库是针对软件开发或信息系统开发中的大量信息管理工作提出来的，它存放软件开发全过程中所有有用的信息、并随着项目进展而不断修改与补充的数据集合。
数据库是指在文件系统基础上发展起来的一种数据管理技术，其重点在于合理地组织数据，体现出数据之间的逻辑关系，并尽可能地帮助用户检索，减少冗余。
数据仓库是近年来针对大批数据的分析利用而提出来的概念，其基本思想是：
对现实中的大量原始数据进行多次的加工或提炼，得出许多派生的或综合的数据，保证原始数据和派生数据的一致性，就是数据仓库的任务。
（10）信息库的内容包括那几个方面?
答：
信息库的内容包括：
（1）软件的工作环境、功能需求、性能要求、有关的各种信息来源的状况、用户状况、硬件环境以及在该专业领域中的作用等外部信息。
（2）需求分析阶段中收集的有关用户的各种信息。
（3）逻辑设计阶段的各种调查材料和由此生成的各种文档，这包括调查记录、原始数据、报表及单证的样本、绘制的各种图以及最后生成的系统说明书。
（4）设计阶段的各种资料，包括所有的数据库与数据文件格式、数据字典、程序模块的要求、总体结构、各种接口及参数的传递方式以及最后形成的设计方案。
（5）编程阶段的所有成果，包括程序代码、框图、变量说明、测试情况（输人数据及输出结果），验收报告、使用说明等。
（6）运行及使用情况的详细记录。
（7）维护及修改的情况。
（8）项目管理的有关信息、人员变更、资金投入、进度计划以及实施过程。
这项还包括版本信息，即各个版本的备份、每个版本的推出日期、与以前版本相比的变更说明等。
（11）信息库的管理功能。
答：
信息库的管理功能有三项，录入更新、使用查询、一致性护。
3.4人机界面及其管理
（12）人机界面设计应遵循的原则
答：
1）用户界面的主要功能是通信。
2）界面必须始终一致。
3）界面必须使用户随时掌握任务的进展状况。
4）界面必须能提供帮助。
5）宁可让程序多干，不可让用户多干。
（13）人机界面的常用技术手段有哪些？
键盘操作、屏幕滚动、菜单选择、帮助系统、鼠标操作、色彩应用、数据录入、信息显示。
3.5项目管理与版本管理
（14）项目管理的含义、特点与基本目标
项目管理是指与固定的生产线上的日常生产管理不同的，具有更大的变动性、时间性的一类管理任务。
特点：
1）子任务多关系复杂
2）任务不可重复；
3）协调组织的任务十分突出；
4）信息处理的作用和意义更为突出。
基本目标：
（1）质量控制：
使产品的质量得到有效的控制。
（2）进度控制：
保证整个系统按预定的进度完成。
（3）资源质量控制：
有效地利用各种资源，尽可能使资源的闲置与浪费减少。
（4）费用控制：
控制与降低成本。
（15）版本管理的定义、意义与方法。
答：
版本管理：
实现软件工程的跨周期管理，保持系统功能在时间上的一致性，功能逐步完善，成果不丢失，可回溯，可重用，使系统在局部和整体上保持一致性的管理工作。
版本管理的意义：
版本管理的核心是保持两个一致性。
从时间上来说，它的主要关心点是系统的逐步完善，以前已经达到的成果不要丢失掉，而且在需要时可以回溯，并且在必要时可以重用；而每一步新的进步都要切实与以前的工作一致，是改进而不是破坏或降低系统的已有功能。
从系统各部分之间的关系来说，它要求每一局部与整体保持一致，合理地判断每一次修改的必要性及影响范围，从而合理地组成每一个新的版本，并通过命名、编号等方法，使新的版本成为系统进步的漫长过程中的一个台阶，一个有目的、有方向的、稳定的进步。
版本管理的具体方法包括规定长远的版本更新计划，制订与版本有关的信息范围及收集、管理方法，在项目组内明确分工，在程序编写、测试、文档缩写等工作中贯穿项目管理的思想及要求。
无论对于软件产品来说，还是对应用系统来说，用户的反馈信息是版本管理的重要资源。
第四章软件开发工具的技术要求
4.1基本功能与一般结构
（1）软件开发工具的基本功能
答：
1）提供描述软件状况及其开发过程的概念模式，以协助软件开发人员认识软件工
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