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      江苏省高等教育自学考试大纲12581 射频识别技术与应用

      2021-08-13 11:42:32   来源:江苏自考网    点击:   
         
        江苏省高等教育自学考试大纲12581 射频识别技术与应用

        江苏省高等教育自学考试委员会办公室

        Ⅰ 课程性质与课程目标

        一、课程性质和特点

        《射频识别(RFID)技术与应用》课程是江苏省高等教育自学考试物联网工程专业(本科段)考试计划规定的选考课,是为培养自学应考者了解和掌握射频识别技术与应用的基本知识、理论和应用而设置的一门选考课。

        射频识别(RFID)技术近年来取得了飞速的发展,在各领域的应用日益广泛,和人们的生产与生活息息相关。本课程是一门面向应用的专业科,课程主要内容为RFID标准、电子标签、RFID读写器、RFID系统中的射频技术、RFID系统中的安全和隐私、RFID系统关键技术、RFID系统中的应用技术等。本课程的目的和任务是使学生了解射频识别技术的理论,掌握射频识别技术系统的设计方法及射频识别技术的运用和开发技术。

        学生通过本课程的学习,掌握射频识别技术基本原理、应用基础,并初步具有射频识别系统设计能力,为从事工程技术工作和科学研究工作奠定基础。

        二、课程目标

        通过本课程的学习,要求考生应具有以下的理论知识和应用技能:

        掌握RFID技术的基本概念、原理、结构与应用,熟悉电感耦合、电磁波、射频采样和编解码,掌握RFID天线、阅读器的原理,了解RFID技术的基础理论和标准,熟悉在125 kHz、13.56 MHz与微波应用下阅读器、应答器和天线的设计,了解软、硬件实现的方法,了解几种常用的射频技术在实际生产、生活中的应用,以及常用的高频和超高频中的应用,例如RFID在票务系统(城市公交车、高速公路收费、门票等)、收费卡、城市交通管理、安检门禁、物流、家政、食品安全追溯、药品、矿井生产安全、防盗、防伪、证件、集装箱识别、动物追踪、运动计时、生产自动化、商业供应链等领域的应用,熟悉典型芯片的使用方法,为促进该技术快速进入生产、生活打下基础。

        本课程是一门实践性很强的专业课,要求学生了解和掌握基本理论,同时具备较强的操作能力及对常用RFID技术的应用能力。本门课程的考试旨在考核学生对RFID技术的基本原理、性能特点及常用电路、应用方法和结构设计的掌握情况。考生应独立完成,考试内容,在回答试卷问题时,要求概念准确,逻辑清楚,必要的解题步骤不能省略,图应清晰正确。在自学过程中,要求考生在通读教材,理解和掌握所学基本原理知识及基本方法的基础上,结合习题与思考题的练习,提高分析问题和解决问题的能力。

        三、与相关课程的联系与区别

        本课程是一门面向应用的专业课程,需要有许多先期基础知识课程的支撑,学习本课程前,考生应具备的知识基础有:模拟电子技术、数字电子技术、电路等课程。在自学中,要注意本课程与《高频电子线路》等课程的区别。

        四、课程的重点和难点

        本课程主要内容包括射频识别的基本原理、应用系统构架、电感耦合方式的射频前端、编码和调制、数据校验和防碰撞算法、RFID系统数据传输的安全性、RFID的ISO/IEC标准、几种常见频率的RFID应用技术、EPC与物联网等。

        本课程的重点和难点为无线射频识别技术的相关原理、编码技术、安全问题以及设计技术,使学生了解射频识别技术的理论,掌握射频识别技术系统的设计方法及射频识别技术的运用和开发技术。考生要注意把握重点和考核知识点内容,用考核目标和各章的考核要求检验学习的效果,也要了解一般内容的知识点。

        Ⅱ 考核目标

        本课程自学考试大纲在考核目标中,按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定其应达到的能力层次要求。四个能力层次是递升的关系,后者必须建立在前者的基础上。各能力层次的含义是:

        识记(Ⅰ):要求考生能够识别和记忆本大纲中规定的有关知识点的主要内容(如定义、表达式、公式、格式、原则、原理、重要结论、方法及特征、特点等),并能够根据考核的不同要求,做正确的表述、选择和判断。

        领会(Ⅱ):要求考生能够领悟和理解本大纲中规定的有关知识点的内涵及外延,熟悉其内容要点和它们之间的区别与联系,并能正确地解释说明和论述。并能根据考核的不同要求对有关问题进行逻辑推理和论证,做出正确的解释、叙述和说明。

        简单应用(Ⅲ):要求考生能够运用本大纲中规定的知识点,学会使用RFID技术设计解决一些简单应用问题,并能绘制出简单功能扩展应用的电气原理图,分析和说明系统的功能。

        综合应用(Ⅳ):要求考生能够运用本大纲中规定的多个知识点,面对较复杂的无线射频识别应用问题,进行系统方案设计,并能做到系统方案实现,分析和解决一般工程应用问题。

        Ⅲ 课程内容与考核要求

        第1章 RFID技术概论

        一、学习目的与要求

        通过本章的学习,熟悉并掌握射频识别技术的特点,熟练掌握RFID的基本组成,了解RFID技术发展简史及现状。

        二、考核知识点

        (1) RFID的基本概念;

        (2) 应答器、阅读器的功能、组成及能量传递与信息交互的原理;

        (3) RFID的工作性能参数;

        (4) 电感藕合方式和反向散射藕合方式;

        (5) RFID的时序工作方式;

        (6) RFII)的应用系统;

        (7) RFID系统高层的作用;

        (8) RFID与条形码、接触式IC卡的关联和差异;

        (9) RFID的典型应用和前景。

        三、考核要求

        1)识记

        (1) 射频识别(RFID)技术的基本概念;

        (2) 射频识别应用系统的组成;

        (3) 应答器和阅读器之间能量、时序、数据交换的关系;

        (4) 阅读器和应答器之间的电感藕合方式和反向散射藕合方式的工作原理;

        (5) 应答器、阅读器、天线和高层的结构与性能。

        2)领会

        (1)RFID与条形码、接触式IC卡、生物特征识别、光学字符识别(()CR)等自动识别技术的关联和差异;

        (2)应用软件系统。

        四、本章重点、难点

        重点:RFID技术特点、系统基本组成、RFID标签、读写器、RFID天线、射频模块等。

        难点:反向散射耦合。

        第2章 电感耦合方式的射频前端

        一、学习目的与要求

        通过本章的学习,熟悉并掌握RFID的射频前端实现能量和信息的传输,了解RFID系统射频前端电路工作原理;熟悉应答器和阅读器射频前端电路的结构、原理以及它们之间的藕合关系;了解负载调制过程、功率放大器的原理和设计方法、负载匹配与传输线变压器的原理以及RFID系统的EMC问题。

        二、考核知识点

        (1) 基于电感藕合方式的RFID系统的天线电路;

        (2) 电感藕合回路;

        (3) 负载调制;

        (4) D类与E类功率放大器;

        (5) 负载匹配电路;

        (6) 传输线变压器;

        (7) 电磁兼容性。

        三、考核要求

        1)识记

        (1) 电感耦合原理;

        (2) 耦合方式分类;

        (3) 串联谐振回路;

        (4) 并联谐振回路;

        (5) 电磁兼容;

        (6) 负载调制。

        2)领会

        (1)阅读器天线电路的选择;

        (2)电感线圈的交变磁场;

        (3)应答器天线电路的连接;

        (4)串、并联阻抗等效互换;

        (5)应答器线圈感应电压的计算;

        (6)应答器谐振回路端电压的计算;

        (7)功率放大电路分析和计算;

        (8)电感线圈的设计。

        四、本章重点、难点

        重点:熟悉并掌握RFID天线耦合方式、天线的工作机理;掌握串、并联谐振回路工作原理,熟悉功率放大电路分析。

        难点:谐振回路、负载调制等。

        第3章 编码和调制

        一、学习目的与要求

        通过本章的学习,熟悉数据、信号、编码和信道的有关基本概念,了解RFID系统中常用的曼彻斯特码、密勒码、修正密勒码的编/解码技术,了解数字脉冲调制解调和数字正弦调制解调的原理及在RFID技术中的应用。

        二、考核知识点

        (1) 无线信道、带宽、频谱;

        (2) 曼彻斯特码、密勒码、修正密勒码;

        (3) ASK、PSK、副载波调制、负载调制;

        (4) 相干解调、非相干解调;

        (5) 包络检波。

        三、考核要求

        1)识记

        (1) 数据和信号

        (2) 信道

        (3) 编码

        (4) 曼彻斯特码

        (5) 密勒码

        (6) FSK方式

        (7) PSK方式

        (8) 正弦波调制

        (9) 载波

        (10)调幅

        2)领会

        (1)RFID中常用的编码方式与编/解码器;

        (2)脉冲调制

        (3)数字调频和调相。

        四、本章重点、难点

        重点:RFID中的编码和调制、解调技术。

        难点:曼彻斯特码、密勒码、修正密勒码的编/解码方法及其在传输中采用的调制与解调技术。

        第4章 数据校验和防碰撞算法

        一、学习目的与要求

        通过本章的学习,掌握差错和检纠错码的概念、奇偶检验和循环冗余检验的原理、防碰撞的概念、常用的防碰撞算法,了解ISO/IEC 14443中的TYPE A和TYPE B防碰撞协议,熟悉防碰撞RFID系统的设计。

        二、考核知识点

        (1) 差错;

        (2) 检纠错码;

        (3) 奇偶检验;

        (4) 循环冗余检验;

        (5) 防碰撞;

        (6) 纯ALOHA算法、时隙ALOHA算法;

        (7) 基于树的算法;

        (8) 混合算法

        (9) 防碰撞协议。

        三、考核要求

        1)识记

        (1)差错的性质和表示方法;

        (2)数字通信系统的性能;

        (3)防碰撞算法;

        (4)防碰撞协议;

        (5)碰撞检测。

        2)领会

        (1)ALOHA算法、基于树的算法、混合算法;

        (2)ISO/IEC 14443标准中的防碰撞协议。

        四、本章重点、难点

        重点:掌握数据校验、防碰撞算法和协议。

        难点:奇偶检验和循环冗余检验的原理、常用的防碰撞算法, ISO/IEC14443中的TYPE A和TYPE B防碰撞协议。

        第5章 RFID系统数据传输的安全性

        一、学习目的与要求

        通过本章的学习,熟悉RFID系统的安全性问题,主要内容包括密码学的基本概念,对称密码体制和非对称密码体制,流密码、DES、RSA、ECC等算法,RFID中的认证问题,应答器中的密钥与密钥管理等。

        二、考核知识点

        (1) 密钥;

        (2) 加密、解密;

        (3) 秘密密钥;

        (4) 公钥、私钥;

        (5) 流密码;

        (6) 数据加密标准DES;

        (7) 高级加密标准AES;

        (8) RSA算法;

        (9) 椭圆曲线密码体制ECC;

        (10) 认证、三次认证过程;

        (11) 分级密钥、存储区分页密钥、主密钥、二级密钥、初级密钥。

        三、考核要求

        1)识记

        (1) 密码学的基本概念;

        (2) 对称密码体制;

        (3) 非对称密码体制;

        (4) 三次认证过程。

        2)领会

        (1)序列密码体制的结构框架;

        (2)m序列、M序列。

        四、本章重点、难点

        重点:RFID系统安全技术措施;

        难点:加密算法。

        第6章 RFID标准

        一、学习目的与要求

        通过本章的学习,熟悉并掌握RFID的标准,包括非接触式IC卡标准(ISO/IEC 14443,ISO/IEC 15693)、动物识别标准、集装箱识别标准和物品识别标准等。

        二、考核知识点

        (1) RFID标准的作用和内容;

        (2) PICC和PCD的空中接口与半双工分组传输协议;

        (3) VICC和VCD的空中接口与传输协议;

        (4) ISO/IEC 18000-6的TYPE A、TYPE B空中接口与传输协议;

        (5) ISO/IEC 18000-7的空中接口;

        (6) 相关标准中的防碰撞过程。

        三、考核要求

        1)识记

        (1) 标准的作用和内容;

        (2) RFID标准的分类;

        (3) RFID标准多元化的原因。

        2)领会

        (1) ISO/IEC 14443标准;

        (2) ISO/IEC 18000-6标准;

        (3) ISO/IEC 18000-7标准。

        四、本章重点、难点

        重点:标准的作用和内容。

        难点:各类标准的算法和应用。

        第7章 125kHz RFID技术

        一、学习目的与要求

        通过本章的学习,熟悉低频段的RFID系统设计的技术问题,了解频率调节(振荡器振荡频率调节和阅读器天线电路谐振频率调节)、电路中器件参数的设计计算、曼彻斯特码和Biphase码的软件解码方法、写模式程序流程等。

        二、考核知识点

        (1)应答器芯片ATA5577C:内部电路组成、配置寄存器,PSK和FSK的调制方法、曼彻斯特码和Biphase码,口令、防碰撞、读模式、最大块、Gap、写模式;

        (2)U2270B芯片:内部结构,单电源、双电源与蓄电池供电,振荡器、滤波器、放大器、驱动器,Standby模式,CFE控制,RF控制。

        三、考核要求

        熟悉常见应答器和阅读器芯片,学会分析和设计相关电路,以及如何实现等过程。

        四、本章重点、难点

        重点:重点是熟悉典型的ATA5577C芯片、U2270B芯片的特点和应用设计;

        难点:掌握低于135kHz频段的由阅读器和应答器构成的RFID系统的设计方法,包括硬件电路和软件设计。

        第8章 13.56MHz RFID技术

        一、学习目的与要求

        通过本章的学习,熟悉工作于13.56MHz的存储器应答器芯片,了解它们的技术性能、内部电路组成、工作原理和应用。

        二、考核知识点

        (1) H400G芯片:CRC检验码生成,密勒码的应用;

        (2) MCRF355/360芯片:LC谐振回路的接法,编程模式和防碰撞方法;

        (3) MIFARE技术:MIFARE DESFire EVl芯片;

        (4) MF RC530芯片:寄存器功能、密钥及加密认证方法、命令集、直接匹配天线与设计、50Ω匹配天线的设计、EMC电路、天线的屏蔽与补偿技术。

        三、考核要求

        熟悉工作于13.56MHz的存储器应答器芯片、非接触式智能射频卡的主流技术,了解与其相关的技术性能、内部电路组成、工作原理、寄存器功能和天线的设计技术等。

        四、本章重点、难点

        重点:重点是熟悉典型的工作于13.56MHz芯片的特点和应用设计;

        难点:工作于13.56MHz频段的RFID系统的设计方法,包括硬件电路和软件设计。

        第9章 微波RFID技术

        一、学习目的与要求

        通过本章的学习,熟悉微波RFID技术,熟悉电磁场、远区场和基本振子天线理论,了解天线的主要电性能参数、常用的偶极子天线、八木天线、微带天线、非频变天线和天线阵等;熟悉无源芯片的信息传送基于反向散射调制,了解基于单片机和无线数据传输芯片的有源RFID应答器的设计方法。

        二、考核知识点

        (1) 远区场的概念;

        (2) 天线的电性能参数;

        (3) 常用天线的原理与设计;

        (4) 反射调制原理和作用;

        (5) XRA00芯片的工作原理;

        (6) 有源应答器的设计;

        (7) 导电油.墨的特点和应用。

        三、考核要求

        1)识记

        (1) 近区场、中间区、远区场;

        (2) 效率;

        (3) 输入阻抗;

        (4) 方向图;

        (5) 方向系数;

        (6) 极化;

        (7) 增益;

        (8) 带宽;

        (9) 有效面积;

        (10)反射调制原理和作用。

        2)领会:

        (1) XRA00芯片的工作原理;

        (2) 有源应答器的设计;

        (3) 导电油.墨的特点和应用。

        四、本章重点、难点

        重点:天线技术基础,天线的电性能参数,常用天线的原理与设计,反射调制原理和作用。

        难点:有源应答器的设计。

        第10章 EPC与物联网

        一、学习目的与要求

        通过本章的学习,熟悉条形码、EPC编码和物联网等技术,了解EPCglobal发布的EPC编码,了解物联网中的Savant、ONS、EPCIS和实体置标语言PML的概念。

        二、考核知识点

        (1) 条形码;

        (2) 全球贸易项目代码GTIN;

        (3) EPC编码;

        (4) EPC标签;

        (5) EPC Class;

        (6) EPC Gen 2;

        (7) 中间件Savant;

        (8) 对象名称解析服务ONS;

        (9) EPC信息服务EPCIS;

        (10) 实体置标语言PML;

        (11) 物联网;

        (12) EPC系统及应用。

        三、考核要求

        1)识记

        (1) EPC系统的组成;

        (2) 条形码和应用;

        (3) EPC编码;

        (4) EPC标签和阅读器;

        (5) EPC系统网络技术;

        (6) 物联网的概念。

        2)领会

        (1)中间件;

        (2)实体置标语言PML。

        四、本章重点、难点

        重点:EPC系统的组成、编码和应用;

        难点:EPC系统网络技术。

        Ⅳ 关于大纲的说明与考核实施要求

        一、自学考试大纲的目的和作用

        《射频识别技术与应用》课程自学考试大纲是根据专业自学考试计划的要求,结合自学考试的特点而确定。其目的是对个人自学、社会助学和课程考试命题进行指导和规定。

        本课程自学考试大纲明确了课程学习的内容以及深度、广度,规定了课程自学考试的范围和标准。因此,它是编写自学考试教材和辅导书的依据,是社会助学组织进行自学辅导的依据,是自学者学习教材、掌握课程内容知识范围和程度的依据,也是进行自学考试命题的依据。

        在自学本课程之前应先通读大纲,了解课程的内容、考核知识点和考核要求。明确考核目标,使自学应考者有的放矢地系统地学习教材;使辅导教师更好地组织教学内容;使命题教师能够更加明确命题范围,更准确地安排试题的知识能力层次和难易程度。本大纲要求学习和掌握的知识点都可作为考核的内容。

        二、课程自学考试大纲与教材的关系

        课程自学考试大纲是进行学习和考核的依据,教材是学习掌握课程知识的基本内容与范围,教材的内容是大纲所规定的课程知识和内容的扩展与发挥。课程内容在教材中可以体现一定的深度或难度,本大纲中对考核的要求是按照本专业的培养目标,以及对考生知识结构要求和专业考试计划来确定的,深度或难度较适当。

        大纲与教材所体现的课程内容应基本一致;本大纲的课程内容和考核知识点是与所选教材一致的。所选教材里的部分内容,本大纲不作考核要求。(注:其中的内容与大纲要求不一致的地方,以大纲规定为准。)

        三、关于自学教材

        自学教材:《射频识别(RFID)原理与应用》(第3版),普通高等教育“十三五”规划教材,单承赣、单玉峰、姚磊等编著,电子工业出版社,2021年第3版。

        四、关于自学要求和自学方法的指导

        本大纲的课程基本要求是依据专业考试计划和专业培养目标而确定的。课程基本要求还明确了课程的基本内容,以及对基本内容掌握的程度。基本要求中的知识点构成了课程内容的主体部分。因此,课程基本内容掌握程度、课程考核知识点是高等教育自学考试考核的主要内容。

        为有效地指导个人自学和社会助学,本大纲已指明了课程的重点和难点,在章节的基本要求中一般也指明了章节内容的重点和难点。

        《射频识别技术与应用》课程应用面较宽,涉及到模拟电路技术、数字电路技术、计算机基础及软件编程等许多方面。考生在自学时往往会感到有一定困难,但自学能力的培养对获取知识是非常必要的。在自学过程中应注意以下几点:

        1.根据考核要求中的四个能力层次,在全面系统学习的基础上掌握重点概念和重点问题,注意各章内容之间的内在联系。

        2.本课程的自学考试大纲是自学本课程的主要依据。在自学本课程前应先通读大纲,了解课程的要求,获得课程完整的概貌。在开始自学某一章时,先阅读大纲,了解该章的课程内容,考核知识点和考核要求,在自学过程中就有的放矢。

        3.阅读教材时,要求吃透每个考核知识点。对基本概念要做到深刻理解,对基本原理要弄清弄懂,对基本方法要熟练掌握。

        4.重视每章末的习题的作用,最好多做习题,可以帮助考生尽快地达到自考大纲的要求,并可以检查学习掌握知识的程度。

        5.考生在自学时要注意基本能力的培养,即系统分析和综合的能力,分析问题和理解知识的能力,抓住重点阐述问题的能力,以及实验能力等。

        五、对社会助学的要求

        1.社会助学指导教师应熟悉本大纲所要求的内容、考核知识点和考核要求,辅导内容必须以本大纲为依据。切实作好对自学应考者的辅导,防止自学中的各种偏向,把握社会助学的正确导向。

        2.注意自学考试的特点,命题将覆盖各章,特别是本大纲规定的重点,不可随意增删和圈定重点以免导向失误。本大纲课程内容和考核知识点不作要求的内容则不考。

        3.注意培养考生的自学能力,以及分析、设计及应用的能力,努力引导自学应考者将识记、领会与应用联系起来,把知识和理论转化为能力。着重培养和提高自学应考者的分析问题和解决问题的能力。

        4.建议课程学习和实验同步进行。实验可以在主考学校,也可在有条件的地方进行。在实验中,指导教师对考生遇到的实际问题应及时进行具体的帮助。

        六、应考指导

        1. 如何学习

        很好的学习计划和组织是你成功的法宝。如果你正在接受培训学习,一定要跟紧课程并完成作业。为了在考试中作出满意的回答,你必须对所学课程内容有很好的理解。你阅读课本时可以做读书笔记。如有需要重点注意的内容,可以用彩笔来标注。如:红色代表重点;绿色代表还未理解需要深入研究的知识点;黄色代表可以运用在工作之中等。

        2. 如何考试

        卷面整洁非常重要。书写工整,段落与间距合理,卷面赏心悦目有助于教师评分,教师只能为他能看清楚的内容打分。要抓住重点回答题目所问的问题,而不是回答你自己乐意回答的问题!避免答非所问。

        3. 如何处理紧张情绪

        正确处理对失败的惧怕,要正面思考。考前要调整好心态,要对自己充满自信,当然自信来自于对课程的把握和考前复习。进入考场后做深呼吸放松,这有助于使头脑清醒,缓解紧张情绪,保持冷静。

        七、对考核内容的说明

        本课程要求考生学习和掌握的知识点内容都作为考核的内容。课程中各章的内容均由若干知识点组成,在自学考试中成为考核知识点。因此,课程自学考试大纲中所规定的考试内容是以分解为考核知识点的方式给出的。由于各知识点在课程中的地位、作用以及知识自身的特点不同,自学考试将对各知识点分别按四个认知(或叫能力)层次确定其考核要求。

        八、关于考试命题的若干规定

        1、考试采用闭卷方式,考试时间为150分钟。试卷一律用钢笔或圆珠笔书写,作图可用铅笔和直尺。

        2、本大纲各章所规定的基本要求、知识点及知识点下的知识细目,都属于考核的内容。考试命题既要覆盖到章,并适当突出课程的重点和章节重点,加大重点内容的覆盖密度。

        3、命题不应有超出大纲中考核知识点范围的题目,考核目标不得高于大纲中所规定的相应的最高能力层次要求。命题应着重考核自学者对基本概念、基本知识和基本理论是否了解或掌握,对基本方法是否会用或熟练。

        4、本课程在试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为:识记占20%,领会占35%,简单应用占30%,综合应用占15%。

        5、要合理安排试题的难易程度,试题的难度可分为:易、较易、较难和难四个等级。每份试卷中不同难度试题的分数比例一般为:20:40:25:15。

        必须注意试题的难易程度与能力层次有一定的联系,但二者不是等同的概念。在各个能力层次中对于不同的考生都存在着不同的难度。在大纲中已特别强调这个问题,考生切勿混淆。

        6、本课程考试命题的主要题型一般有单项选择题、判断改错题、名词解释题、简答题、综合应用题等题型。

        在命题工作中必须按照本课程大纲中所规定的题型命制,考试试卷使用的题型可以略少,但不能超出本课程对题型规定。

        附录 题型举例

        一、单项选择题

        1.RFID标签与阅读器之间的耦合为( )。

        A.无接触耦合 B.有接触耦合

        C.光电耦合 D.阻容耦合

        2.无源标签的能量获取来自( )。

        A.自带电池 B.阅读器

        C.太阳能 D.风能

        二、判断改错题

        1.在射频识别应答器中存放的数据是数字数据。( )

        2.天线的目标是取得最大的能量传输效果。( )

        三、名词解释

        1.负载调制:

        2.多径效应:

        四、简答题

        1.波特率和比特率有什么不同?

        2.简述RFID的基本工作原理。

        五、综合分析题

        1.下图为电感耦合方式的电路结构,试分析其工作原理。

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