第10章 圖書管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計實例 通過前面章節(jié)對數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，本章將通過一個圖書管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計實例來重點講述如何設(shè)計數(shù)據(jù)庫。在設(shè)計數(shù)據(jù)庫的過程中應(yīng)該遵循哪些設(shè)計原則及技巧。通過本章

第10章 圖書管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計實例 通過前面章節(jié)對數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，本章將通過一個圖書管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計實例來重點講述如何設(shè)計數(shù)據(jù)庫。在設(shè)計數(shù)據(jù)庫的過程中應(yīng)該遵循哪些設(shè)計原則及技巧。通過本章的數(shù)據(jù)庫實例設(shè)計，要求對數(shù)據(jù)庫的整體過程有個概念性的理解，并能通過所學(xué)知識，在具體的開發(fā)環(huán)境下設(shè)計一個較優(yōu)化數(shù)據(jù)庫并實現(xiàn)設(shè)計過程。

10.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則及技巧

10.1.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計原則 隨著計算機(jī)技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，在計算機(jī)硬件不斷微型化的同時，應(yīng)用系統(tǒng)向著復(fù)雜化、大型化的方向發(fā)展。數(shù)據(jù)庫是整個系統(tǒng)的核心，它的設(shè)計直接關(guān)系系統(tǒng)執(zhí)行的效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此在軟件系統(tǒng)開發(fā)中，數(shù)據(jù)庫設(shè)計應(yīng)遵循必要的數(shù)據(jù)庫范式理論，以減少冗余、保證數(shù)據(jù)的完整性與正確性。只有在合適的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品上設(shè)計出合理的數(shù)據(jù)庫模型，才能降低整個系統(tǒng)的編程和維護(hù)難度，提高系統(tǒng)的實際運行效率。雖然對于小項目或中等規(guī)模的項目，開發(fā)人員可以很容易地利用范式理論設(shè)計出一套符合要求的數(shù)據(jù)庫，但對于一個包含大型數(shù)據(jù)庫的軟件項目，就必須有一套完整的設(shè)計原則與技巧。

1. 設(shè)計原則

在設(shè)計數(shù)據(jù)庫時，至關(guān)重要的工作就是要理解為之建模的業(yè)務(wù)職能和表示這些業(yè)務(wù)職能的數(shù)據(jù)庫概念及功能，并能準(zhǔn)確地設(shè)計數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而建立優(yōu)化的業(yè)務(wù)模型。因為數(shù)據(jù)庫的設(shè)計在整個系統(tǒng)中是至關(guān)重要的一步，一旦數(shù)據(jù)庫設(shè)計完成，在進(jìn)行修改及優(yōu)化就需花費大量的時間。因此，再設(shè)計數(shù)據(jù)庫時，應(yīng)考慮以下事項： 1) 規(guī)范命名。所有的庫名、表名、域名必須遵循統(tǒng)一的命名規(guī)則，并進(jìn)行必要說明，以方便設(shè)計、維護(hù)、查詢。

2) 控制字段的引用。在設(shè)計時，可以選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫設(shè)計管理工具，以方便開發(fā)人員的分布式設(shè)計和數(shù)據(jù)小組的集中審核管理。采用統(tǒng)一的命名規(guī)則，如果設(shè)計的字段已經(jīng)存在，可直接引用；否則，應(yīng)重新設(shè)計。

3) 庫表重復(fù)控制。在設(shè)計過程中，如果發(fā)現(xiàn)大部分字段都已存在，開發(fā)人員應(yīng)懷疑所設(shè)計的庫表是否已存在。通過對字段所在庫表及相應(yīng)設(shè)計人員的查詢，可以確認(rèn)庫表是否確實重復(fù)。

4) 并發(fā)控制。設(shè)計中應(yīng)進(jìn)行并發(fā)控制，即對于同一個庫表，在同一時間只有一個人有控制權(quán)，其他人只能進(jìn)行查詢。

5) 必要的討論。數(shù)據(jù)庫設(shè)計完成后，數(shù)據(jù)小組應(yīng)與相關(guān)人員進(jìn)行討論，通過討論來熟悉數(shù)據(jù)庫，從而對設(shè)計中存在的問題進(jìn)行控制或從中獲取數(shù)據(jù)庫設(shè)計的必要信息。

6) 數(shù)據(jù)小組的審核。庫表的定版、修改最終都要通過數(shù)據(jù)小組的審核，以保證符合必要的要求。

7) 頭文件處理。每次數(shù)據(jù)修改后，數(shù)據(jù)小組要對相應(yīng)的頭文件進(jìn)行修改（可由管理軟件自動完成），并通知相關(guān)的開發(fā)人員，以便進(jìn)行相應(yīng)的程序修改。

2. 設(shè)計技巧

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分類拆分?jǐn)?shù)據(jù)量大的表。對于經(jīng)常使用的表（如某些參數(shù)表或代碼對照表），由于其使用頻率很高，要盡量減少表中的記錄數(shù)量。例如，銀行的戶主賬表原來設(shè)計成一張表，雖然可以方便程序的設(shè)計與維護(hù)，但經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，由于數(shù)據(jù)量太大，會影響數(shù)據(jù)的迅速定位。如果將戶主賬表分別設(shè)計為活期戶主賬、定期戶主賬及對公戶主賬等，則可以大大提高查詢效率。

索引設(shè)計。對于大的數(shù)據(jù)庫表，合理的索引能夠提高整個數(shù)據(jù)庫的操作效率。在索引設(shè)計中，索引字段應(yīng)挑選重復(fù)值較少的字段；在對建有復(fù)合索引的字段進(jìn)行檢索時，應(yīng)注意按照復(fù)合索引字段建立的順序進(jìn)行。例如，如果對一個５萬多條記錄的流水表以日期和流水號為序建立復(fù)合索引，由于在該表中日期的重復(fù)值接近整個表的記錄數(shù)，用流水號進(jìn)行查詢所用的時間接近３秒；而如果以流水號為索引字段建立索引進(jìn)行相同的查詢，所用時間不到１秒。因此在大型數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，只有進(jìn)行合理的索引字段選擇，才能有效提高整個數(shù)據(jù)庫的操作效率。

數(shù)據(jù)操作的優(yōu)化。在大型數(shù)據(jù)庫中，如何提高數(shù)據(jù)操作效率值得關(guān)注。例如，每在數(shù)據(jù)庫流水表中增加一筆業(yè)務(wù)，就必須從流水控制表中取出流水號，并將其流水號的數(shù)值加一。正常情況下，單筆操作的反應(yīng)速度尚屬正常，但當(dāng)用它進(jìn)行批量業(yè)務(wù)處理時，速度會明顯減慢。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，每次對流水控制表中的流水號數(shù)值加一時都要鎖定該表，而該表卻是整個系統(tǒng)操作的核心，有可能在操作時被其他進(jìn)程鎖定，因而使整個事務(wù)操作速度變慢。對這一問題的解決的辦法是，根據(jù)批量業(yè)務(wù)的總筆數(shù)批量申請流水號，并對流水控制表進(jìn)行一次更新，即可提高批量業(yè)務(wù)處理的速度。

數(shù)據(jù)庫參數(shù)的調(diào)整。數(shù)據(jù)庫參數(shù)的調(diào)整是一個經(jīng)驗不斷積累的過程，應(yīng)由有經(jīng)驗的系統(tǒng)管理員完成。以informion 數(shù)據(jù)庫為例，記錄鎖的數(shù)目太少會造成鎖表的失敗；邏輯日志的文件數(shù)目太少會造成插入大表失敗等，這些問題都應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行必要的調(diào)整。

必要的工具。在整個數(shù)據(jù)庫的開發(fā)與設(shè)計過程中，可以先開發(fā)一些小的應(yīng)用工具，如自動生成庫表的頭文件、插入數(shù)據(jù)的初始化、數(shù)據(jù)插入的函數(shù)封裝、錯誤跟蹤或自動顯示等，以此提高數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與開發(fā)效率。

避免長事務(wù)。對單個大表的刪除或插入操作會帶來大事務(wù)，解決的辦法是對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，也可以在插入時對文件進(jìn)行分割。對于一個由一系列小事務(wù)順序操作共同構(gòu)成的長事務(wù)（如銀行交易系統(tǒng)的日終交易），可以由一系列操作完成整個事務(wù)，但其缺點是有可能因整個事務(wù)太大而使不能完成，或者，由于偶然的意外而使事務(wù)重做所需的時間太長。較好的解決方法是，把整個事務(wù)分解成幾個較小的事務(wù)，再由應(yīng)用程序控制整個系統(tǒng)的流程。這樣，如果其中某個事務(wù)不成功，則只需重做該事務(wù)，因而既可節(jié)約時間，又可避免長事務(wù)。

適當(dāng)超前。計算機(jī)技術(shù)發(fā)展日新月異，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計必須具有一定前瞻性，不但要滿足當(dāng)前的應(yīng)用要求，還要考慮未來的業(yè)務(wù)發(fā)展，同時必須有利于擴(kuò)展或增加應(yīng)用系統(tǒng)的處理功能。

總之，相對于中小型數(shù)據(jù)庫，大型數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與開發(fā)要復(fù)雜得多，因此在設(shè)計、開發(fā)過程中，除了要遵循數(shù)據(jù)庫范式理論、增加系統(tǒng)的一致性和完整性外，還要在總體上根據(jù)具體情況進(jìn)行分布式設(shè)計，緊緊把握集中控制、統(tǒng)一審核的基本原則，保證數(shù)據(jù)庫設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊、分布平衡、定位迅速。在數(shù)據(jù)庫操作上，要采用一定的技巧提高整個應(yīng)用系統(tǒng)的執(zhí)行效率，并注意適當(dāng)超前，以適應(yīng)不斷變化的應(yīng)用及系統(tǒng)發(fā)展的要求。

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10.2 圖書管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計實例

設(shè)計一個系統(tǒng)的核心是前期的分析設(shè)計，如果前期的分析設(shè)計沒有合理、正確、可預(yù)見且清晰的思路，整個系統(tǒng)就無法實現(xiàn)一個優(yōu)化的高性能系統(tǒng)。那么數(shù)據(jù)庫的設(shè)計是整個系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。本章重點介紹圖書管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計，而對于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的什么開發(fā)環(huán)境設(shè)計的系統(tǒng)，本文不再介紹。從數(shù)據(jù)庫的設(shè)計過程可知，數(shù)據(jù)庫設(shè)計的首要任務(wù)就是需求分析，可見如果需求分析做不好，就不可能設(shè)計出一個合理、優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫。 10.2.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的核心技術(shù)，因此，在設(shè)計一個系統(tǒng)之前必須設(shè)計好數(shù)據(jù)庫，目前數(shù)據(jù)設(shè)計的一般過程分為六個階段如10.1階段、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段、實施階段和運行與維護(hù)階段。

1、需求分析階段：調(diào)查現(xiàn)實世界要處理的對象, 明確用戶的各種需求, 不僅要按照當(dāng)前的應(yīng)用要求來設(shè)計, 能的擴(kuò)充和改變。

2、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階：求分析階段所得到的用戶需求抽象為概念模型, 型的具體工具主要是E-R 模型。

3、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段：概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段設(shè)計的基本E-R 模型轉(zhuǎn)換為與選用DBMS 品所支持的數(shù)據(jù)模型相符合的邏輯結(jié)構(gòu)。具體來說, 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型, 來的模型向特定DBMS 支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換, 型進(jìn)行優(yōu)化。

4、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段：物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的主要任務(wù)是為一個指定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個符合應(yīng)用要求的物理結(jié)構(gòu)。具體來說, 就是首先確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu), 即數(shù)據(jù)庫的存取方法和存儲結(jié)構(gòu)；然后對數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估, 評估的重點是存取時間的長短和存儲空間的大小。

5、實施階段：實施階段的主要任務(wù)是用RDBMS 提供的數(shù)據(jù)定義語言和其他實用程序?qū)⑦壿嫿Y(jié)構(gòu)設(shè)計和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果詳細(xì)描述出來, 成為DBMS 可以接受的源代碼；再經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試產(chǎn)生目標(biāo)模式, 最后完成數(shù)據(jù)的載入工作。

6、運行與維護(hù)：運行與維護(hù)階段的主要任務(wù)包括數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù), 數(shù)據(jù)庫完整性和安全性控制, 數(shù)據(jù)庫性能改造、分析和監(jiān)督, 數(shù)據(jù)庫的重構(gòu)造和重組織。 10.2.2需求分析階段

10.2.2.1 概述

進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，首先要對系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析。根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)、需求和功能，制定 3

和選擇一個較好的系統(tǒng)方案，從而達(dá)到一個合理的優(yōu)化系統(tǒng)。而需求分析是在于要弄清用戶對所開發(fā)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的確切要求。所以，數(shù)據(jù)庫設(shè)計的第一步是明確數(shù)據(jù)庫的目的和如何使用，也就是說需要從數(shù)據(jù)庫中得到哪些信息。明確目的之后，就可以確定您需要保存哪些主題的信息（表），以及每個主題需要保存哪些信息（表中字段）。

在構(gòu)造系統(tǒng)時，首先從需求出發(fā)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫表，然后再由數(shù)據(jù)庫表結(jié)合需求劃分系統(tǒng)功能模塊。這樣，就把一個大的系統(tǒng)分解成了幾個小系統(tǒng)。經(jīng)過對圖書管理系統(tǒng)的分析，因圖書數(shù)量、規(guī)模大，管理信息量大，建立圖書管理系統(tǒng)是為了解決人工手動管理圖書信息在實踐的問題。這里把系統(tǒng)的層次劃分為了四個部分：圖書維護(hù)，人員信息管理，圖書借閱管理，信息查詢。能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

1) 進(jìn)行新書入庫、現(xiàn)有圖書信息修改以及刪除；

2) 能夠?qū)崿F(xiàn)對讀者基本信息的查詢和編輯管理；

3) 能夠進(jìn)行超期罰款功能；

4) 能夠進(jìn)行借閱信息的查詢功能；

10.2.2.2 需求階段的目標(biāo)及任務(wù)

需求分析的目標(biāo)及任務(wù)就是為了提取有效的信息，概念模型的抽象化，轉(zhuǎn)化為計算機(jī)系統(tǒng)能夠識別的信息。則通過需求分析所得的信息如下：

●

證日期

管理員信息：管理員編號，姓名，性別，權(quán)限，登錄口令，住址，電話

館藏圖書信息：圖書編號，索書號，圖書名稱，作者，出版社，單價，摘要，關(guān)鍵字，副本數(shù)，分類，出版日期，狀態(tài)

借閱信息：圖書編號，讀者編號，圖書名，作者，借閱日期，歸還日期，歸還日期，應(yīng)還日期，罰金

借閱歷史信息：圖書編號，讀者編號，圖書名，作者，借閱日期，還書日期

罰款信息：讀者編號，圖書編號，圖書名，作者，借閱日期，應(yīng)還日期，歸還日期，罰款金額，處理狀態(tài)，管理員編號

● 處理功能及要求

用戶對圖書管理系統(tǒng)的功能及要求如下：

1. 能夠存儲一定數(shù)量的圖書信息, 并方便有效的進(jìn)行相應(yīng)的書籍?dāng)?shù)據(jù)操作和管理，這主要包括：

a) 圖書信息的錄入、刪除及修改。

b) 圖書信息的多關(guān)鍵字檢索查詢。

c) 圖書的出借、返還及超期罰款或丟失賠償。

2. 能夠?qū)σ欢〝?shù)量的讀者、管理員進(jìn)行相應(yīng)的信息存儲與管理，這其中包括：

a) 讀者信息的登記、刪除及修改。

b) 管理員信息的增加、刪除及修改。

c) 讀者資料的統(tǒng)計與查詢。

3. 能夠提供一定的安全機(jī)制，提供數(shù)據(jù)信息授權(quán)訪問，防止隨意刪改、查詢。

4. 對查詢、統(tǒng)計的結(jié)果能夠列表顯示。

4 處理對象 讀者信息：讀者編號，姓名，性別，學(xué)號，學(xué)院，專業(yè)，年級，類型，類別編號，辦

10.2.2.3安全性和完整性要求

1） 安全性要求

系統(tǒng)安全性要求體現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫安全性、信息安全性和系統(tǒng)平臺的安全性等方面。安全性先通過視圖機(jī)制，不同的用戶只能訪問系統(tǒng)授權(quán)的視圖，這樣可提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)一定程度上的安全性，再通過分配權(quán)限、設(shè)置權(quán)限級別來區(qū)別對待不同操作者對數(shù)據(jù)庫的操作來提高數(shù)據(jù)庫的安全性；系統(tǒng)平臺的安全性體現(xiàn)在操作系統(tǒng)的安全性、計算機(jī)系統(tǒng)的安全性和網(wǎng)絡(luò)體系的安全性等方面。

2） 完整性要求

系統(tǒng)完整性要求系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的正確性以及相容性?？赏ㄟ^建立主、外鍵，使用check 約束，或者通過使用觸發(fā)器和級聯(lián)更新。

在系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，一定根據(jù)第七章所學(xué)知識對數(shù)據(jù)的安全性及完整性進(jìn)行設(shè)計。以保證數(shù)據(jù)庫更為完善。

10.2.2.4 建立數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流程及數(shù)據(jù)字典

系統(tǒng)需求分析主要是通過對本校圖書管理員的咨詢、請教，了解我校圖書館的管理規(guī)則和運行機(jī)制，并通過上網(wǎng)搜索有關(guān)圖書管理系統(tǒng)的知識，了解到了圖書管理的現(xiàn)狀，以及在管理中的一些問題，然后通過所了解的文字信息，理解數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流程及數(shù)據(jù)字典，為后期數(shù)據(jù)庫設(shè)計提供概念基礎(chǔ)。

● 圖書管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

本文的業(yè)務(wù)流程是從讀者角度考慮的業(yè)務(wù)流程圖：

● 圖書管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

(一) 頂層數(shù)據(jù)流圖：

(二) 第2層數(shù)據(jù)流圖：（讀者借閱，讀者還書，讀者查詢，管理員查詢，管理員修改）

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圖10.4第2層數(shù)據(jù)流圖

(三) 第3層數(shù)據(jù)流圖：（讀者借閱）

(四) 第3

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(五) 第3層數(shù)據(jù)流圖：（查詢圖書信息，查詢讀者信息，查詢借閱歷史，查詢罰款信息）

(六) 第3層數(shù)據(jù)流圖：（管理員添加、刪除、修改圖書信息）

圖10.8 圖書的維護(hù)數(shù)據(jù)流圖

(七) 第3層數(shù)據(jù)流圖：（管理員添加、刪除、修改讀者信息）

圖10.9 更改讀者信息的數(shù)據(jù)流圖

(八) 第3層數(shù)據(jù)流圖：（管理員添加、刪除、修改管理員信息）

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圖10.10 更改管理員信息的數(shù)據(jù)流圖

圖書管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典

表1.1 數(shù)據(jù)項列表

（a ）數(shù)據(jù)項：系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)項有44項

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（b ）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

表1.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)列表

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（c ）處理邏輯描述

表1.3 處理邏輯列表

10.2.3概念分析階段

概念設(shè)計階段主要是將需求分析階段得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)(概念模型) 的過程, 它是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵。本圖書管理系統(tǒng)的主要任務(wù)及目標(biāo)如下： （1） 選擇中層數(shù)據(jù)流為切入點，通常選擇實際系統(tǒng)中的子系統(tǒng)； （2） 設(shè)計分E-R 圖，即各子模塊的E-R 圖；

（3） 生成初步E-R 圖，通過合并方法，做到各子系統(tǒng)實體、屬性、聯(lián)系統(tǒng)一； （4） 生成全局E-R 圖，通過消除沖突等方面。

在本圖書管理系統(tǒng)中，從第3層數(shù)據(jù)流程圖下手。分析各3層數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典，知道整個系統(tǒng)功能圍繞“讀者”、“管理員”和“圖書”的處理。根據(jù)實體與屬性間的兩條準(zhǔn)則：

① 作為“屬性”，不能再具有需要描述的性質(zhì)。 ② “屬性”不能與其他實體具有聯(lián)系。

數(shù)據(jù)流程圖10.5 、圖10.6、圖10.7可綜合成借閱子系統(tǒng)的分E-R 圖10.11，數(shù)據(jù)流程圖10.8可抽象為分E-R 圖10.12，數(shù)據(jù)流程圖10.9可抽象為分E-R 圖10.13，數(shù)據(jù)流程圖10.10可抽象為分E-R 圖10.14。然后采用逐步集成的方式將各分E-R 圖合并，消除不必要的冗余和沖突后就生成了基本E-R 圖10.15。其各個E －R 圖如下：（1）根據(jù)不同的對象，從第3層數(shù)據(jù)流程圖入手，分別畫出各分E －R 圖：

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