ar quite tura

Arquitetura de Interna

1

Aperfeioamento Profissional:

Montagem e Manuteno de Microcomputadores

Arquitetura de computadores

A arquitetura de computadores a teoria por detrs do

desenho de um computador. Da mesma maneira que um

arquiteto de edifcios define os princpios e os objetivos

de um projeto de edificao como base dos projetos do

projetista, assim tambm um arquiteto de computadores

o faz, definindo a base das especificaes do desenho

do sistema. A Arquitetura de computadores pode

tambm ser definida como a estrutura e a organizao

dos hardwares e se refere ao funcionamento interno do

computador, como est organizada e arranjada a parte

no vista pelo usurio de computador.

2


Existem vrios modos de uso do termo, que podem

ser usados referindo-se a:

1. O desenho da arquitetura do CPU do computador,

o seu conjunto de instrues, "addressing modes" e

tcnicas, tais como paralelsmo SIMD e MIMD.

2. Arquiteturas de hardware mais generalizadas, tais

como computao em conjunto e arquiteturas

NUMA (acesso no-uniforme memria).

3


3. A utilizao menos formal do termo refere-se a uma

descrio dos requisitos (especialmente requisitos

de velocidades e interligao) ou implementao do

design para as vrias partes de um computador,

tais como memria, placa-me, perifricos

eletrnicos ou, mais frequentemente, CPU.

4


3. A arquitetura frequentemente definida como o

conjunto de atributos da mquina que um

programador deve compreender para que consiga

programar o computador especfico com sucesso,

ou seja, para que consiga compreender o que o

programa ir fazer aquando da sua execuo. Por

exemplo, parte da arquitetura so as instrues e o

raio de operadores manipulados por elas. De uma

maneira semelhante, a frequncia em que o

sistema opera no incluida na arquitetura.

5

Arquitetura RISC

Reduced Instruction Set Computer ou Computador

com um Conjunto Reduzido de Instrues (RISC),

uma linha de arquitetura de processadores que

favorece um conjunto simples e pequeno de

instrues que levam aproximadamente a mesma

quantidade de tempo para serem executadas. A

maioria dos microprocessadores modernos so

RISCs, por exemplo DEC Alpha, SPARC, MIPS, e

PowerPC.

6

Arquitetura RISC

O tipo de microprocessador mais largamente usado

em desktops, o x86, mais CISC do que RISC,

embora chips mais novos traduzam instrues x86

baseadas em arquitetura CISC em formas

baseadas em arquitetura RISC mais simples,

utilizando prioridade de execuo.

Os processadores baseados na computao de

conjunto de instrues reduzido no tem micro-

programao, as instrues so executadas

diretamente pelo hardware.

7

Arquitetura RISC

Como caracterstica, esta arquitetura, alm de no

ter microcdigo, tem o conjunto de instrues

reduzido, bem como baixo nvel de complexidade.

A idia foi inspirada pela descoberta de que muitas

das caractersticas includas na arquitetura

tradicional de processadores para ganho de

desempenho foram ignoradas pelos programas que

foram executados neles. Mas o desempenho do

processador em relao memria que ele

acessava era crescente.

8

Arquitetura RISC

Isto resultou num nmero de tcnicas para otimizao

do processo dentro do processador, enquanto ao

mesmo tempo tentando reduzir o nmero total de

acessos memria.

RISC tambm a arquitetura adotada para os

processadores dos videogames modernos, que

proporcionam um hardware extremamente dedicado

somente execuo do jogo, tornando-o muito mais

rpido em relao a micro computadores com mais

recursos, embora com processador x86.

9

Arquitetura RISC

Caracterizao das arquitecturas RISC:

1. conjunto reduzido e simples de instrues.

2. formatos simples e regulares de instrues.

3. operandos sempre em registros.

4. modos simples de endereamento memria.

5. uma operao elementar por ciclo mquina.

6. uso de pipeline.

10

Pipeline

Pipeline uma tcnica de hardware que permite que a

CPU realize a busca de uma ou mais instrues alm da

prxima a ser executada. Estas instrues so

colocadas em uma fila de memria dentro do

processador (CPU) onde aguardam o momento de

serem executadas.

A tcnica de pipeline utilizada para acelerar a

velocidade de operao da CPU, uma vez que a

prxima instruo a ser executada est normalmente

armazenada dentro da CPU e no precisa ser buscada

da memria, normalmente muito mais lenta que a CPU.

11

Arquitetura CISC

CISC (sigla para Complex Instruction Set

Computer, ou, em uma traduo literal,

"Computador com um Conjunto Complexo de

Instrues"): uma linha de arquitetura de

processadores capaz de executar centenas de

instrues complexas diferentes sendo, assim,

extremamente verstil. Exemplos de processadores

CISC so os 386 e os 486 da Intel.

12

Arquitetura CISC

Os processadores baseados na computao de

conjunto de instrues complexas contm uma

microprogramao, ou seja, um conjunto de

cdigos de instrues que so gravados no

processador, permitindo-lhe receber as instrues

dos programas e execut-las, utilizando as

instrues contidas na sua microprogramao.

Seria como quebrar estas instrues, j em baixo

nvel, em diversas instrues mais prximas do

hardware (as instrues contidas no microcdigo

do processador).13

Arquitetura CISC

Como caracterstica marcante esta arquitetura

contm um conjunto grande de instrues, a

maioria deles em um elevado grau de

complexidade.

Examinando do ponto de vista um pouco mais

prtico, a vantagem da arquitetura CISC que j

temos muitas das instrues guardadas no prprio

processador, o que facilita o trabalho dos

programadores de linguagem de mquina;

disponibilizando, assim, praticamente todas as

instrues que sero usadas em seus programas.14

Arquitetura CISC

Os processadores CISC tm a vantagem de reduzir

o tamanho do cdigo executvel por j possuirem

muito do cdigo comum em vrios programas, em

forma de uma nica instruo.

15

Arquitetura CISC

Porm, do ponto de vista da performance, os

CISC's tm algumas desvantagens em relao aos

RISC's, entre elas a impossibilidade de se alterar

alguma instruo composta para se melhorar a

performance. O cdigo equivalente s instrues

compostas do CISC pode ser escrito nos RISC's da

forma desejada, usando um conjunto de instrues

simples, da maneira que mais se adequar. Sendo

assim, existe uma disputa entre tamanho do

cdigoXdesempenho.

16

Arquitetura Hbrida

Apesar de por questes de Marketing, muitos

fabricantes ainda venderem seus chips, como

sendo Processadores RISC, no existepraticamente nenhum processador atualmente que

siga estritamente uma das duas filosofias. Tanto

processadores da famlia x86, como o Pentium II,

Pentium III e AMD Athlon, quanto processadores

supostamente RISC, como o MIPS R10000 e o HP

PA-8000, ou mesmo o G4, utilizado nos Macintoshs

misturam caractersticas das duas arquiteturas, por

simples questo de performance.17

Arquitetura Hbrida

Por que ficar de um lado ou de outro, se possvel

juntar o melhor dos dois mundos? A ltima coisa

que os fabricantes de processadores so

teimosos, sempre que aparece uma soluo

melhor, a antiga e abandonada.

A ideia de construo de um processador hbrido

bastante interessante, pois faz com que finalmente

PCs possam ter um desempenho realmente

astronmica.

18

Fonte

pt.wikipedia.org

19

Avaliao

1. Qual a definio de arquitetura de computadores?

2. Qual a linha de arquitetura de processadores capaz

de executar centenas de instrues complexas

diferentes?

3. Qual a linha de arquitetura de processadores que

favorece um conjunto simples e pequeno de

instrues?

4. Qual a definio de pipeline?

5. Qual a vantagem da arquitetura CISC que facilita o

trabalho dos programadores de linguagem de

mquina?20

Arquitetura

Nos primrdios da informtica, nas dcadas de 50, 60 e

70, vrios fabricantes diferentes disputavam o mercado.

Cada um desenvolvia seus prprios computadores, que

eram incompatveis entre s, tanto a nvel de hardware,

quanto a nvel de software.

Apesar de executarem as mesmas operaes bsicas,

praticamente tudo era diferente: Os componentes de um

no serviam em outro, os programas eram

incompatveis e, at mesmo as linguagens de

programao, eram diferentes.

21

Arquitetura

Porm, com a popularizao dos microcomputadores

era inevitvel uma padronizao. No incio da dcada de

80, tnhamos basicamente apenas duas arquiteturas, ou

famlias de computadores pessoais diferentes: O PC,desenvolvido pela IBM, e o Macintosh, desenvolvido

pela Apple.

Como era mais barato, o PC tornou-se mais popular,

ficando o uso dos Macintoshs restrito a nichos onde

suas caractersticas peculiares o tornam mais atraente,

como a edio de imagens ou sons e editorao

eletrnica.22

Arquitetura

Durante muito tempo, a prpria Apple pareceu se

conformar com a posio, lanando micros voltados

principalmente para o seguimento profissional.

Atualmente, vemos uma aceitao maior dos Macs,

principalmente devido ao lanamento do iMac, mas

os PCs ainda so a grande maioria.

23

Arquitetura

Como os micros PC possuem uma arquitetura

aberta, ou seja, a possibilidade de vrios

fabricantes diferentes desenvolverem seus prprios

componentes, baseados em padres j definidos,

temos uma lista enorme de componentes

compatveis entre s.

24

Arquitetura

Podemos escolher entre vrias marcas e modelos

os componentes que melhor atendam nossas

necessidades e montar nossa prpria configurao,

assim como podemos escolher os materiais que

sero usados para construir uma casa. Tambm

possvel melhorar posteriormente o micro montado

atravs de upgrades, trocando alguns componentes

para melhorar seu desempenho.

25

Arquitetura

Mesmo micros de grife, como os IBM, Compaq,

Itautec, Dell, etc. tambm so micros montados, j

que quase todos os seus componentes so

comprados de outros fabricantes. Temos, por

exemplo, um processador da Intel, um disco rgido

da Quantum, uma placa me da Asus, memrias da

Kingstone, CD-ROM e drive de disquetes da

Mitsumi, um monitor da LG, e por a vai.

26

Arquitetura

A diferena principal entre os micros montados e os

micros de grife que os ltimos so montados por

grandes empresas e temos todo o suporte e

garantia. Porm, adquirindo um micro de grife,

quase sempre pagamos mais caro e ao mesmo

tempo no temos tanta liberdade para configurar o

micro a gosto.

27

Arquitetura

Entretanto, o simples fato de comprar um micro de

grife no garantia de qualidade. Muitas vezes

eles possuem uma qualidade superior dos micros

montados por lojas de informtica por exemplo.

Porm, a necessidade de lanar micros de baixo

custo, muitas vezes leva os grandes fabricantes a

lanarem verdadeiras bombas no mercado, usando

componentes de baixssima qualidade.

28

Arquitetura

A lista enorme, j tivemos casos de micros de

grife que no traziam sequer memria cache L2 (na

poca em que este ainda fazia parte da placa me).

Pesquisando por a, voc ir encontrar vrios PCs

de marcas conceituadas, usando placas PC-Chips,

pouca memria RAM, etc. economias queaumentam o lucro do integrador, deixando a bomba

na mo do infeliz que compr-los.

Fonte: www.guiadohardware.net

29

Macintosh

Macintosh, ou Mac, o nome dos computadores

pessoais fabricados e comercializados pela Apple

Inc. desde janeiro de 1984. O nome deriva de

McIntosh, um tipo de ma apreciado por Jef

Raskin. O Apple Macintosh foi o primeiro

computador pessoal a popularizar a interface

grfica (GUI), na poca um desenvolvimento

revolucionrio. Ele muito utilizado para o

tratamento de vdeo, imagem e som.

30

Macintosh

Os primeiros modelos foram construdos em torno

dos microprocessadores da famlia 68000 da

Motorola. Com o surgimento de arquiteturas mais

poderosas, a partir de 1994 foi empregada a famlia

de processadores PowerPC da IBM e Motorola. Em

2006, uma nova transio ocorreu, com a adoo

de processadores Intel, da famlia Core.

31

Macintosh

Em setembro de 2006, trs diferentes

processadores so utilizados nos diferentes

modelos de Macintosh venda:

1. Core Solo: processador menos poderoso, usado em

modelos mais simples de Mac Mini

2. Core 2 Duo: processador voltado para uso em

notebooks de alta performance, usado em Mac Mini,

MacBook, MacBook Pro e iMac

3. Xeon 5100: processador voltado para uso em

servidores, usado na workstation Mac Pro e nos

servidores Xserve.32

Macintosh

Os Macintosh funcionam normalmente com o

sistema operacional Mac OS, mas outros sistemas

tambm so disponveis, como o Linux ou

FreeBSD. Um cluster de PowerMacs G5 apelidado

de Big Mac era um dos computadores mais rpidos

em 2003.

33

MAC OS

O sistema operacional, originalmente chamado the

System Software ou System, tornou-se oficialmente

conhecido como Mac OS na verso 7.6 (apesar de,

mais precisamente, a verso 7.5.1 ter sido a

primeira a mostrar o logo Mac OS e ser a primeira

verso do Mac OS sob este nome). Em Maro de

2001, a Apple introduziu um sucessor moderno e

mais seguro, baseado no sistema operacional Unix,

o Mac OS X (o X pronunciado "dez", sendo a

dcima verso do Sistema Operacional.).

34

Macintosh

Desde o seu incio, o Macintosh introduziu ou

popularizou um grande nmero de inovaes

adotadas mais tarde por outros PCs e sistemas

operacionais.

35

MacintoshAs primeiras inovaes

Uma interface grfica, cones, um desktop, etc.

O uso do mouse.

O clique duplo (double click) e o drag-and-drop

(clicar-e-arrastar) para realizar aes com o mouse.

WYSIWYG em edio de texto e grficos ("what

you see is what you get" - O que voc v o quevoc obtm).

36

MacintoshAs primeiras inovaes

Nomes de arquivo longos, com espaos e sem

extenso (at 31 caracteres antes do Mac OS X,

aumentado para 255 caracteres com o Mac OS X).

O leitor de disquetes 3.5" de srie.

udio de srie, incluindo um alto-falante de

qualidade.

Design industrial esttico e ergonmico (melhorado

com os modelos mais recentes, particularmente o

iMac original em 1998).

37

MacintoshOutras inovaes

A impressora laser PostScript.

Publicao pessoal (Desktop publishing).

Programao pelo usurio atravs do HyperCard e

AppleScript.

A interface SCSI (Mac Plus, 1986).

Entrada de udio de srie (Mac IIsi & Mac LC,

1990).

Leitor de CD-ROM de srie (Quadra 900, 1991).

Um ambiente de trabalho nico distribudo em

diversos monitores.38


Suporte Ethernet de srie (Quadra 700 & 900,

1991).

Universal Serial Bus, a popular entrada USB que

substituiu diversas outras, se tornando um padro

mundial e atualmente usada em Pen Drives e MP3

Players.

FireWire, tambm conhecido como IEEE 1394, um

standard desenvolvido pela Apple e promovido

tambm pela Sony sob o nome iLink (G3 Azul e

Branco, 1998).

39


Rede sem fio IEEE 802.11b e IEEE 802.11g

(wireless networking), denominados

comercialmente AirPort, AirPort Extreme, e AirPort

Express pela Apple (iBook original, 1999).

O abandono do leitor de disquetes (iMac original,

1998).

O primeiro computador disponvel comercialmente

a se basear principalmente no USB para a conexo

de perifricos. (iMac original, 1998).

40


Arquitetura RISC na forma do processador

PowerPC, desenvolvido conjuntamente pela Apple,

IBM e Motorola (Power Macintosh 6100, 1994).

O primeiro leitor DVD-R a preo popular

("SuperDrive", Power Mac G4, 2000).

Monitores planos de srie (iMac G4, 2002).

Primeiros notebooks com mouse de srie e

teclados externos (srie PowerBook 100, 1991).

41


Primeiro notebook com replicador de portas, para

uso como desktop (PowerBook Duo, 1992).

Primeiro notebook com monitor de tela larga

(PowerBook G4, 2000).

Primeiro computador pessoal a arquitetura 64-bit

(PowerMac G5, 2003).

42

MacintoshIntel

Em 2006, como resultado da nova virada da Apple

em direo desta vez aos processadores Intel,

surgiram os primeiros iMac a base do processador

Intel Core Duo a 1,83 GHz e 2,0 GHz,

acompanhados do processador grfico ATI Radeon

X1600, de uma tela de 17 ou 20 polegadas e de

512 MB de RAM (extensveis at 2 GB). Em

setembro de 2006 a Apple introduzira o iMac de 24

polegadas acompanhado de um processador Intel

Core Duo e placa de vdeo Nvidia e 1GB de RAM

sendo expansvel at 3 GB.43

MacintoshIntel

Em 2008 a apple lanou os novos imac com 20 ou

24 polegadas 250, 320 ou 500 gigabytes de Hd e

memria ram de 1 ou 2 gigabytes com suporte a

at 4 gigabytes e novos processadore core2 duo de

2.4, 2.66 , 2.8 ou 3.02 gigahertz. J em 2009, a

Apple lanou novos iMacs, de 21,5 e 27 polegadas,

com tela de alta definio, processadores Intel

Core2 Duo e QuadCore i5 e i7.

44

MacintoshIntel

O iMac de 21,5 tem as opes Core2 Duo entre

2,66 e 3,66 GHz. O de 27 est disponvel com

processadores QuadCore (4 ncleos), em duas

configuraes: 2,66 (i5) e 2,8 (i7) GHz. Todos vm

com 4 GB de memria RAM, expansveis at 16

GB. Vm tambm com Magic Mouse(primeiro

mouse multi-touch do mundo) e Teclado Bluetooth.

45

Macintosh

46

Apple Macintosh 512 KB, Apple Macintosh em 1998

e o atual iMAC.

Fonte: pt.wikipedia.org

Macintosh

Posso realmente executar aplicativos do Windows

em meu Mac?

Sim, voc pode. Desde a transio da Apple para

processadores Intel em 2006, os aplicativos do

Windows so executados perfeitamente no Mac.

Todos os Macs enviados atualmente esto

qualificados, porm Macs mais antigos talvez no.

Fonte: www.apple.com47

Avaliao

1. Qual a grande vantagem dos Micros PCs sobre os

Macintoshs ?

2. Qual a diferena principal entre micros montados e

os de grife ?

3. Qual o primeiro computador pessoal a popularizar a

interface grfica (GUI) ?

4. Qual o sistema operacional padro para o

Macintosh ?

5. Cite quatro inovaes introduzidas ou

popularizadas pelo Macintosh.48

x86 e x86-64

Processadores de 64 bits no so duas vezes mais

rpidos nem processam (necessariamente) o dobro

de dados por ciclo de clock. A grande vantagem

dos processadores de 64 bits que eles so

capazes de trabalhar com endereos de memria

de 64 bits, o que permite enderear muito mais do

que 4 GB de memria RAM. Temos tambm um

aumento no tamanho dos registradores, que

passam a armazenar 64 bits de informaes, em

vez de 32, o que representa um pequeno ganho de

desempenho.49

x86 e x86-64

Outro benefcio (embora menos significativo) que

eles so capazes de processar nmeros inteiros de

at 64 bits, ao invs de 32. Isto oferece ganhos de

desempenho em algumas reas especficas (como,

por exemplo, softwares de encriptao e alguns

aplicativos cientficos) mas no ajuda muito nos

aplicativos do dia-a-dia. Processadores de 32 bits

podem processar nmeros inteiros de 64 bits, mas

eles precisam ser divididos em duas instrues

separadas, o que naturalmente toma mais tempo.

50

x86 e x86-64

A primeira tentativa de criar um sucessor de 64 bits

para a plataforma x86 veio da Intel, que em 2001

lanou o Itanium, um processador de 64 bits

destinado a servidores.

51

x86 e x86-64

O Itanium quebra a compatibilidade com a famlia x86,

passando a utilizar o IA-64, um novo conjunto de

instrues. O plano inicial era popularizar a arquitetura

primeiro nos servidores, onde os benefcios de um

processador de 64 bits so mais evidentes, e em

seguida lanar tambm verses destinadas a desktops.

O problema com o Itanium (alm do processador ser

muito caro) era que no existiam softwares capazes de

se beneficiar da nova plataforma. Ele inclua um sistema

de emulao, que permitia rodar softwares de 32 bits,

mas neste caso o desempenho era muito ruim.

52

x86 e x86-64

Ao invs de repetir o mesmo erro da Intel, lanando

uma plataforma completamente nova, incompatvel

com os softwares atuais, a AMD decidiu

desenvolver um projeto mais simples, que

adicionasse suporte a instrues de 64 bits no

Athlon (incluindo novos registradores, suporte a

endereos de memria de 64 bits, etc.) sem

entretanto quebrar a compatibilidade com os

softwares de 32 bits, nem prejudicar o desempenho

do processador ao execut-los.

53

x86 e x86-64

Com isso chegaram a um processador de 64 bits,

que desfruta de um nmero maior de registradores

e maior capacidade de endereamento de

memria, mas que capaz tambm de rodar

aplicativos de 32 bits nativamente, sem perda de

desempenho.

54

x86 e x86-64

O conjunto de instrues da AMD foi batizado de

x86-64 (e posteriormente renomeado para AMD64)

e acabou sendo adotado tambm pela Intel, na

forma do EM64T, um conjunto compatvel, includo

sem muito alarde a partir do Pentium 4 com core

Prescott. Pela primeira vez na histria, a AMD ditou

o novo padro e a Intel se viu obrigada a segui-lo.

Ao utilizar um processador Athlon 64 ou um Intel

equipado com o EM64T, existem 3 possibilidades.

55

x86 e x86-64

A primeira continuar usando as verses de 32 bits

do Windows XP, Vista ou Linux, utilizando apenas

aplicativos de 32 bits. Neste modo o processador

se beneficia do controlador de memria integrado

(no caso dos AMD) e outras melhorias na

arquitetura, mas no utiliza os novos registradores,

nem capaz de enderear mais do que 4 GB de

memria nativamente.

56

x86 e x86-64

A segunda possibilidade utilizar um sistema

operacional de 64 bits, como as verses de 64 bits do

XP, Vista e de diversas distribuies Linux. Neste caso

voc tem um pequeno ganho de desempenho devido ao

uso dos novos registradores e o processador passa a

suportar mais de 4 GB de memria RAM. A maior parte

dos aplicativos no exibe grandes ganhos de

desempenho ao serem recompilados para rodarem em

modo 64 bits, mas alguns (sobretudo bancos de dados)

podem obter 15 ou mesmo 20% de ganho de

desempenho em alguns casos.

57

x86 e x86-64

A grande dificuldade em utilizar um sistema de 64

bits encontrar verses nativas de todos os

aplicativos. Chegamos ento terceira

possibilidade, que rodar um sistema de 64 bits,

mas utilizar o modo de compatibilidade para

executar aplicativos de 32 bits quando necessrio.

Neste modo, o sistema operacional precisa de mais

memria, pois acaba tendo que manter carregadas

muitas bibliotecas e componentes duplicados, mas

o desempenho do processador no prejudicado.

58

x86 e x86-64

Como vimos, os aplicativos de 32 bits podem

utilizar apenas 4 GB de memria (menos na prtica,

devido limitaes por parte dos sistemas

operacionais). Um efeito colateral interessante

que, em um PC com 8 GB de memria, por

exemplo, os aplicativos de 32 bits enxergaro e

utilizaro apenas os primeiros 4 GB. A memria

adicional poder ser usada pelo sistema

operacional e aplicativos de 64 bits, mas no

ajudar muito em casos em que os aplicativos de

32 bits sejam os aplicativos principais.59

x86 e x86-64

Com relao memria, os processadores AMD64

so capazes de enderear at 1 terabyte de

memria fsica, o que corresponde a 40 bits de

endereos. Os 64 bits completos no so usados

por questes relacionadas ao desempenho, j que

no existem mdulos e placas que permitam utilizar

tanta memria atualmente.

60

x86 e x86-64

Tenha em mente que a migrao para os

aplicativos de 64 bits similar migrao dos

sistemas operacionais de 16 bits (DOS e Windows

3.x) para os sistemas de 32 bits que ocorreu a partir

de 1995. Ela acontecer de maneira gradual, de

forma que daqui a 10 anos ainda estaremos

rodando alguns aplicativos de 32, ou mesmo de 16

bits, utilizando o modo de compatibilidade.

Fonte: www.guiadohardware.net

61

Avaliao

Qual a principal vantagem dos processadores de 64

bits ?

Qual o problema com o processador Itanium da Intel ?

Qual o primeiro processador a se beneficiar da

arquitetura x86-64 ?

Qual a desvantagem de utilizar aplicativos de 32 bits

em processadores x86-64 ?

Por que os processadores AMD64 so capazes de

enderear apenas 40 bits de endereos de memria e

no todos os 64 bits ?

62

ar quite tura

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