Informática I. Referencia Básica Hardware y Software [Jorge Dimarco - UNR]

Hardware y Software - Pgina 1 de 12 -

Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniera y AgrimensuraUniversidad Nacional de Rosario

Informtica I 2001Jorge Dimarco , [email protected]

LABORATORIO

Referencia Bsica sobre

Hardware y Software

2006INFORMATICA IReferencia Bsica

Hardware ySoftware

Actualizacin

14 / 02 / 2006

Hardware Arquitectura de Computadoras Funcionamiento Memorias Unidades de almacenamiento Perifricos

Software Definiciones Clasificacin


Hardware -- Arquitectura de las Computadoras

El hardware de una computadora es la totalidad fsica conformada por todos los componentes desu equipamiento: circuitos electrnicos, placas que lo soportan, cables, conductores,mecanismos, discos, gabinetes, tornillos, pantallas, etc. Estos elementos construyen los distintosbloques funcionales del hardware.

Desde los comienzos de la evolucin de las computadoras (1940) todos los modelos hasta lasPC actuales obedecen a una estructura general denominada Arquitectura de Von Neuman,pronunciada por primera vez a mediados de 1946.La estructura de Von Neuman en su forma elemental consta de tres bloques principalescomunicados entre s como se muestra en la figura, de forma que el intercambio deinformacin entre ellos se realiza en dos direcciones.

La CPU o Unidad Central de Proceso es elcerebro de una computadora. Su funcin es la deleer, interpretar y ejecutar los programas, loscuales estn formados por rdenes oinstrucciones. El microprocesador es la CPU deuna computadora.Los programas junto con los datos no estndentro de la CPU ya que esta no es su funcin.Existe un dispositivo donde almacenarlos yleerlos, la memoria.

El segundo bloque en la arquitectura sedenomina Memoria Principal.Esta memoria es de un tipo especialdenominado RAM (Random AccessMemory), la cual tiene como caractersticaprincipal su volatilidad, es decir, la prdidade su contenido si se desconecta la alimentacin elctrica.

El programa y los datos necesitan ser cargados en la memoria desde el exterior, adems depoder enviar al usuario la informacin de salida que se obtuvo luego o durante la ejecucin delprograma. Esto nos lleva a definir un tercer bloque, la Entrada/Salida.

El inconveniente de esta arquitectura es lavolatilidad de la memoria principal. Por lo cualse incluye un segundo tipo de memoria, laMemoria Auxiliar o Secundaria que tiene lacaracterstica de no ser voltil. De estamanera cuando se termina de escribir unprograma en la memoria principal, a efectosde no perderlo, se puede almacenar el mismoen la memoria auxiliar.

Como funciona:

1.- Se debe cargar el programa y los datos en lamemoria con un dispositivo de Entrada.

2.- La CPU ejecuta el programa y obtiene losresultados o salida.

3.- Se enva la informacin obtenida a un dispositivode Salida.

Como funciona:

1.- Se debe cargar el programa y los datos en memoria principal.2.- La CPU ejecuta el programa y se obtienen datos de salida.3.- Se puede leer la informacin obtenida desde un dispositivo de salida.4.- Se almacena (graba) en la memoria auxiliar el programa y los resultados para no

perderlos.5.- Si es necesario actualizar los resultados, solamente se debe cargar el programa en la

memoria principal, ingresar los datos y volver al paso 2.


Ahora el problema que existe es la forma en que se escribe el programa en la memoria, o comose logra que la unidad que controla la memoria auxiliar transmita la informacin necesaria albloque de Entrada/Salida y de ah a la memoria principal.Lo nico que resta es escribir en memoria un programa que se encargue de controlar lasunidades de disco, el espacio en la memoria, el teclado, el mouse, el monitor, la impresora, paraque el usuario mediante una instruccin simple, ingresada a travs del teclado o el mouse,pueda ordenar al programa que lo haga por l. Este programa se denomina SistemaOperativo y es el encargado de controlar todo el equipo, facilitndonos su utilizacin ypermitiendo que el mismo funcione como un sistema.

La comprensin de las funciones que cumple cada una de las partes que conforman el procesode datos, permite entender como funciona en esencia cualquier computadora, dado que cadatrabajo que realiza una computadora siempre es un proceso que tiene la particularidad de serautomtico.

En un proceso automtico estn presentes cuatro sub-procesos:

Entrada ---- Memorizacin ---- Procesamiento ---- Salida

Estos bloques se comunican elctricamente entre s a travs de caminos formados por unconjunto de cables o lneas conductoras que constituyen el BUS

Mouse

Unidadde Disco

Teclado

Scanner

Mdem

CD-ROM

Unidadde Disquete

Monitor

Unidadde Disco

Impresora

Parlante

Mdem

Plotter

Unidadde Disquete

Instrucciones

Datos

BUS

MemoriaPrincipal

CPU

ALU

InstruccionesDatos

Resultados

Resultados

Instrucciones

Perifricosde Entrada

Perifricosde Salida

Entrada Memorizacin Procesamiento Salida


Funcionamiento

En lneas generales el funcionamiento de este diagramaes el siguiente: la unidad de disco rgido provee unprograma, cuyas instrucciones pasarn a travs del BUShacia la memoria.

Los Datos llegarn tambin a travs del BUS, a lamemoria, provenientes por ejemplo del teclado.

Luego, dichas instrucciones son ejecutadas, una por vez.A tal fin, primero cada una de las instrucciones llega porel BUS- a un registro de la CPU, donde permanecermientras se ejecuta. La Unidad de Control interpreta queoperacin debe realizar al interpretar la instruccin.

A continuacin, a travs del mismo BUS, el dato a operarpor dicha instruccin llega desde la memoria a otroregistro de la CPU, antes de ser operado (conforme a laoperacin ordenada) en la ALU (Unidad Aritmtica yLgica), a fin de obtener un resultado. Si adems, lainstruccin obliga a mostrar el resultado en pantalla, elmismo viajar nuevamente por el BUS hasta eldispositivo correspondiente.

Interior de una Computadora

Motherboard

La motherboard o placa madre, es una tarjeta (placa de circuitos integrados) en donde se ubicanlos componentes de una computadora. Contiene, entre otros, el microprocesador, buses, lamemoria, ALU, Unidad de Control, registros, que son fundamentales para el funcionamientote laPC. La misma fue diseada de tal forma que las placas que se conectan con el mundo exteriorsean circuitos adicionales y no estn integrados (es decir, que no se encuentren en la mismamotherboard). Estas tarjetas se conectan en las ranuras de expansin y le confiere a la PC lacaracterstica de poseer una arquitectura abierta, es decir una arquitectura adaptable quepermita la renovacin y la innovacin en materia de perifricos.

La arquitectura abierta tiene como ventaja principal el poder agregar o reemplazar estas placasadicionales, y no todo el motherboard, en el caso de querer mejorar las posibilidades de lacomputadora o en caso de avera de una de las mismas.

Actualmente existen motherboards que poseen algunas de estas placas (las ms utilizadas: laplaca de sonido, de video, de red y modem), en forma integrada (on-board). De esta manera sereducen los costos y de ser necesario que alguna de ellas tengan caractersticas superiorespodrn adicionarse sin inconvenientes anulndose la placa on-board correspondiente.

Ms informacin en: (1) http://usa.asus.com/products1.aspx?l1=3http://www.intel.com/espanol/products/motherbd/index.htm

(1) Las direcciones de Internet se mencionan solo a los efectos de ampliar la informacin con datos de empresas comerciales, sintener responsabilidad alguna sobre lo publicado y disponibilidad de las mismas.

Unidad de Control: Tiene a sucargo el secuenciamiento y eje-cucin de las acciones que de-ben realizar los circuitos involu-crados en cada instruccin.

Unidad Aritmtica-Lgica(ALU): Sirve para realizar lasoperaciones aritmticas o lgicasque le ordena la Unidad deControl.

Registro: Espacio de memoriatipo RAM donde la CPUalmacena temporalmente datoso instrucciones.


Memorias

Funcionalmente, las memorias son circuitos integrados que por sus caractersticas de fabricacintienen la capacidad de retener informacin.

Una computadora utiliza la RAM (random access memory) para almacenar las instrucciones y losdatos temporales que se necesitan para ejecutar las tareas. De esta manera, la unidad central deproceso (CPU) puede acceder rpidamente a las instrucciones y los datos almacenados en lamemoria.

Un buen ejemplo de esto es lo que sucede cuando la CPUcarga en la memoria una aplicacin, como un procesador detextos o un programa para grficos o de clculo, permitiendoas que la aplicacin funcione con la mayor velocidad posible.En trminos prcticos, esto significa que se puede hacer mstrabajo en menos tiempo.

Cuando se introduce un comando desde el teclado, estorequiere que se copien los datos provenientes de undispositivo de almacenamiento (como un disco duro o CD-ROM) en la memoria, la cual suministra los datos a la CPU de

forma ms rpida que los dispositivos de almacenamiento.

Tipos de las Memorias

Voltil: la permanencia de la informacin en estas memorias depende del suministro decorriente elctrica a la PC, si sta se suprime, por la causa que sea, los datos almacenados deperdern indefectiblemente.

Permanente: la informacin almacenada en una memoria que posea esta cualidad no seperder a menos que el usuario as lo desee. Ms an, existen memorias permanentes a lascuales el usuario no tiene acceso y como consecuencia no puede modificarlas.

ROM (Read Only Memory - Memoria de solo lectura): Una vez grabada informacin(programas+datos) dentro de este tipo de memorias, es imposible que el usuario la puedamodificar. La computadora dispone de este tipo de memoria, la cual tiene grabado el programapara el arranque del funcionamiento de la PC.

RWM: (Read Write Memory - Memoria de lectura y escritura): Una memoria de tipo RWM puedeser modificada por el usuario dado que es posible escribir nueva informacin. La mayora de lasmemorias que el usuario utiliza en su PC son de este tipo.

Diferencia entre memoria y almacenamiento

El trmino "memoria" significa la cantidad de RAM instalada en la computadora, mientras que"almacenamiento" hace referencia a la capacidad del disco rgido.

Otra diferencia importante entre la memoria y el almacenamiento, consiste en que la informacinalmacenada en el disco rgido permanece intacta cuando se apaga la computadora. En cambio,el contenido de la memoria queda borrado cuando se apaga la computadora.

Cuando se trabaja con una computadora, se debe guardar el trabajo con frecuencia. La memoriade la computadora contiene las modificaciones introducidas en el documento hasta que elusuario las guarda en el disco rgido. Si por cualquier razn se interrumpe la operacin de lacomputadora, por ejemplo, debido a un corte de luz o a un error del sistema, se perdern todas


las modificaciones realizadas que no fueron almacenadas en la memoria auxiliar hasta esemomento.

Ms informacin en: (1) http://www.kingston.com/newtech/ddr2_overview.asp http://www.kingston.com/newtech/MKF_520DDRwhitepaper.pdf http://www.valueram.com/Tools/Datasheets.asp


Almacenamiento

Las unidades de disco de una computadora realizan una tarea muy importante y es la de poderalmacenar los datos y programas para ejecutarlos posteriormente. No podemos imaginar unacomputadora solamente funcionando con el hardware; el software es igual de necesario.

Existen diversas unidades de almacenamiento, como pueden ser las disqueteras, los discosrgidos, las unidades ZIP, el CD-ROM, e incluso uno de los ms nuevos, el DVD con el quepodemos ver pelculas de altsima calidad entre otras muchas caractersticas, lasCompactFlash, MediaCard, MemoryStick, SecureDigital(SD) o los novedosos pendrive.Todos ellos poseen diferentes capacidades de almacenamiento.

La unidad de almacenamiento se denomina Byte. Si queremos almacenar un carcter (letra,nmero o smbolo) en una unidad de disco, el mismo consumir 1 Byte del total de sucapacidad. Como el byte es una unidad pequea, se utiliza hoy la siguiente tabla de prefijos:

Prefijo Smbolo Potencia de 10 Potencia de 2Kilo k or K ** 103 210

Mega M 106 220

Giga G 109 230

Tera T 1012 240

Peta P 1015 250

Exa E 1018 * 260

Zetta Z 1021 * 270

Yotta Y 1024 * 280

** k = 103 y K = 210

El funcionamiento terico de las unidades de almacenamiento es sencillo; se trata de la lectura ograbacin de informacin, nada ms. Sin embargo, esta operacin realmente es mucho mscompleja puesto que en realidad entra en juego el microprocesador, la controladora deldispositivo de almacenamiento, la BIOS, el Sistema Operativo, la memoria RAM y el propiohardware.


Unidades de Almacenamiento

Dispositivo Capacidades comerciales actualesDiskette 3 1,44MBDisco rgido 60GB a 240GBCD-RW (disco lser) 640MB a 800MBDVD-RW 4,7 GB y 9,4GBPenDirve (para transporte de datos) 256MB a 4GBMemory Stick (para dispositivos mviles) 256MB a 4GBSecure Digital (para dispositivos mviles) 256MB a 4GBMicro Drive (para cmaras fotogrficas digitales) 1GB a 4GB

Conectores ExternosSon conectores para perifricos externos como el teclado, mouse, impresora, mdem externo,cmaras web, cmaras digitales, scanners, etc. En las placas AT lo nico que est en contactocon la placa son unos cables que la unen con los conectores en s, que se sitan en elgabinete, excepto el de teclado que s est soldado a la propia placa. En las ATX los conectoresestn todos concentrados entorno al teclado y soldados a la placa base.

Conectores externos

Tarjetas adaptadoras

El resto de componentes internos de una computadora que se conectan a la placa madre sedenominan tarjetas adaptadoras o simplemente tarjetas, las cuales realizan diferentes funcionesdependiendo para que misin fueron construidas. As podemos encontrarnos con tarjetas devdeo, tarjetas digitalizadoras, tarjetas controladoras de disco rgido y disquetera,tarjetas de sonido, mdems, tarjetas de escner, tarjetas de red y muchas que seinsertarn en nuestra computadora segn el uso que vayamos a darle.

Otro tipo de tarjetas pueden ser aceleradoras de video, que posibilitan la "animacin" ntida yperfecta de los juegos en 3D de ltima generacin, tarjetas de televisin, con las quepodremos disfrutar de este invento directamente en nuestro PC, tarjetas para conexininalmbrica.

Hoy en da existen tarjetas para casi todo.

Ms informacin en: (1)http://usa.asus.com/products1.aspx?l1=2http://www.intel.com/network/connectivity/index.htm



Valores Comerciales de Referencia

Actualmente las computadoras que se ofrecen en el mercado para uso general poseen enpromedio las siguientes caractersticas principales

Microprocesador Velocidad 1 Memoria RAM Disco RgidoIntelPentium 4/4HT/4HT EE

Entre 2,4 GHZ y 3,2 GHz Entre 256 MB y 2GB Ente 60 GB y 240 GB

Intel Celeron 2,4 a 2.8 GHz Entre 128 MB y 512 MB Entre 60 y 80 GB

AMD Sempron 2,4 a 2,8 (PR)GHz Entre 128 MB y 512GB Ente 40 GB y 80 GB

AMD Athlon64 2,8 a 3.2 (PR)GHz Entre 512MB y 2GB Entre 80GB y 240 GB

AMD 64FX/Opteron 3,2 (PR) GHz Entre 1GB y 8GB Entre 80 y 240 GB

Intel Itanium2 950 MHz a 1.4GHz Entre 1GB y 8GB Entre 80 y 240 GB

(1) La denominacin (PR) denota ndice de performance y lo utilizan empresas comoAMD para sealar la perfomance de cada microprocesador que funciona a menorvelocidad en comparacin con los de la empresa Intel.

Ms informacin en: (1)http://www.intel.com/espanol/products/processor/index.htmhttp://www.amd.com/us-en/Processors/ProductInformation/0,,30_118,00.html



Archivos, Programas y SoftwareSe denomina archivo a toda unidad independiente de informacin que puede ser almacenadaen algn dispositivo preparado para tal fin. Todo archivo tiene un nombre, un principio, un fin,un tamao medido en bytes y una fecha de ltima modificacin.

Existen principalmente dos clases de archivos:

Archivos de Datos:

Archivos que contienen informacin para su consulta, resultados de un proceso de clculo,imgenes digitalizadas, etc. Ejemplo de esto, aunque con una organizacin ms compleja,son los datos de los alumnos de la facultad que se encuentran almacenados en un archivode datos para poder as ser consultados y actualizados en el momento de ser necesario.

Archivos de Instrucciones u Ordenes:

Son todos aquellos archivos que contienen una serie de instrucciones ejecutables (por elmicroprocesador) prestando una determinada utilidad al usuario. Estos archivos se llamandirectamente con el nombre de programas. Ejemplo de esto es el programa quepermite hacer las peticiones para la consulta de los datos de los alumnos, para as conocerla situacin acadmica de los mismos.

Definimos como software a un conjunto de archivos: archivos de programas propiamentedicho, archivos de instalacin de programas, archivos de datos, todos ellos agrupados bajo unmismo nombre comercial (Ejemplo: Microsoft Office System 2003, OpenOffice 2, Messenger,Windows, Linux). Este conjunto de archivos puede ser almacenado (generalmente para sudistribucin comercial) en uno o varios disquetes o CD-ROM, incluso ya comienzan a ofrecerseversiones almacenadas en DVD. En la jerga de computacin se utiliza el trmino softwarecomo sinnimo de programa.

Actualmente existe software de todo tipo y orientados a resolver mltiples problemas (softwarede matemtica, de diseo grfico, de simulacin de procesos fsicos y qumicos, para laconstruccin de nuevos programas, de administracin de datos, juegos, etc.).

El software se clasifica en dos categoras:

Software de base o de sistema: Consistente en todo aquel software cuyo propsito esfacilitar la ejecucin de otro software. Entran en esta categora: Sistemas operativos.Compiladores. Sistemas gestores de bases de datos. etc.

Software de aplicacin o Utilitarios: Consistente en aquel software que automatizaun sistema de informacin, es decir, con relevancia para un fin concreto. Entran en estacategora: Procesadores de texto. Hojas de clculo. Graficadores. etc.

Sistemas Operativos

Un sistema operativo (SO) es un conjunto de programas destinado a permitir la comunicacindel usuario con la computadora, y gestionar sus recursos de manera cmoda y eficiente.Comienza a trabajar cuando se enciende la computadora, y gestiona el hardware de la mquinadesde los niveles ms bsicos.

Hoy en da un sistema operativo se puede encontrar normalmente en todos los aparatoselectrnicos complejos que podamos utilizar sin necesidad de estar conectados a una PC y que


utilicen microprocesador para funcionar, ya que gracias a estos podemos entender la mquina yque sta cumpla con sus funciones; ste es el caso de: telfonos mviles, reproductores de DVD,PDA, y muchos ms.

Las funciones del sistema operativo bsicamente son las siguientes. Coordinar la comunicacin entre todos los elementos del sistema y entre el usuario y el sistema Inicializacin y control de las operaciones de entrada - salida. Asignacin de memoria y gestin de los dispositivos del sistema. Controlar el almacenamiento y recuperacin de programas. Planificacin, iniciacin y supervisin de los programas. Control de errores del sistema. Gestionar la capacidad de multiprocesamiento.

Compilador

Un compilador acepta programas escritos en un lenguaje de alto nivel y los traduce lenguaje demquina, generando un programa equivalente independiente, que puede ejecutarse tantas vecescomo se quiera. Este proceso de traduccin se conoce como compilacin.Comparando su actuacin con la de un ser humano, un compilador equivale a un traductorprofesional que, a partir de un texto, prepara otro independiente traducido a otra lengua.

Base de datosUna base de datos es un conjunto de datos que pertenecen al mismo contexto almacenadossistemticamente para su uso posterior. En este sentido, una biblioteca puede considerarse unabase de datos compuesta en su mayora por documentos y textos impresos en papel e indexadospara su consulta.

En la actualidad, y gracias al desarrollo tecnolgico de campos como la informtica y laelectrnica, la mayora de las bases de datos tienen formato electrnico, que ofrece un ampliorango de soluciones al problema de almacenar datos.

En informtica existen los sistemas gestores de bases de datos (SGBD), que permiten almacenary posteriormente acceder a los datos de forma rpida y estructurada.

Las aplicaciones ms usuales son para la gestin de empresas e instituciones pblicas. Tambinson ampliamente utilizadas en entornos cientficos con el objeto de almacenar la informacinexperimental.

Software de AplicacinLas computadoras y el software de aplicacin han permitido al hombre, simplificar y mejorarmuchas tareas rutinarias y repetitivas. Este tipo de software le ha dado a las computadoras uncarcter muy prctico y popular.

Estos programas son empleados por el usuario para simplificar su vida, ya sea si decide escribirun libro, una tesis o un presupuesto comercial, o para poder manejar grandes volmenes dedatos; o aquellos programas que le sirvan para emitir registros de una empresa. Estosprogramas son los ms solicitados por la mayora de usuarios de computadoras debido a losbeneficios o servicios que reciben de ellos.

Existen tambin programas de aplicacin que brindan al usuario otro tipo de servicios; porejemplo, los juegos por computadora son muy estimados, los programas orientados a la edicin


de texto por computadora permite al usuario obtener combinacin de texto con imgenes de altacalidad profesional y grficos; los hay tambin educativos, matemticos, estadsticos, etc.

Tipos de software comerciales

Software libre es el software que, una vez obtenido, puede ser usado, copiado, estudiado,modificado y redistribuido libremente. El software libre suele estar disponiblegratuitamente en Internet, o a precio de costo de la distribucin a travs deotros medios; sin embargo no es obligatorio que sea as y, aunque conserve sucarcter de libre, puede ser vendido comercialmente.

Software gratuito (denominado usualmente Freeware) incluye en algunas ocasiones elcdigo fuente; sin embargo, este tipo de software no es libre en el mismosentido que el software libre, al menos que se garanticen los derechos demodificacin y redistribucin de dichas versiones modificadas del programa.

Software no libre. Este trmino se emplea para referirse al software distribuido bajo unalicencia restrictiva. Las leyes de la propiedad intelectual reservan la mayora delos derechos de modificacin, duplicacin y redistribucin para el dueo delCopyright; el software dispuesto bajo una licencia de software libre rescindeespecficamente la mayora de estos derechos reservados. El software no libreutiliza un cdigo cerrado. Por su calidad de secreto industrial, su divulgacin(piratera) constituye un delito.

Cdigo abierto (Open source) es el trmino por el que se conoce al software distribuido ydesarrollado en una determinada forma. Este trmino empez a utilizarse en1998 por algunos usuarios de la comunidad del software libre, tratando deusarlo como reemplazo al ambiguo nombre original, en ingls, del software libre(free software). El cdigo abierto es software para el que su cdigo fuente estdisponible pblicamente, aunque los trminos de licenciamiento especficosvaran respecto a lo que se puede hacer con ese cdigo fuente

Cdigo cerrado es el cdigo fuente que no se encuentra disponible para cualquier usuario, esdecir no se hace pblico. Se le llama as en contraposicin al cdigo abierto.

"Free software" puede significar diferentes cosas (gratuidad y libertad). Por un lado, permitepensar en "software por el que no hay que pagar", y se adapta al trmino de forma igualmentevlida que el significado que se pretende (software que posee ciertas libertades). El trmino noresult apropiado como reemplazo para el ya tradicional free software, pues eliminaba la idea delibertad (incluso hay quien usa --en ingls-- el trmino Libre Software para evitar la ambigedadde free).

En la actualidad open source es utilizado para definir un movimiento nuevo de software (la OpenSource Initiative), diferente al movimiento del Software Libre, aunque no completamenteincompatible con este, de modo que es posible (como de hecho ocurre) que ambos movimientostrabajen juntos en el desarrollo prctico de proyectos. El significado obvio del trmino "cdigoabierto" es "se puede mirar el cdigo fuente", lo cual es un criterio ms dbil y flexible que el del


software libre; un programa de cdigo abierto puede ser software libre, pero tambin puedeserlo un programa semi-libre o incluso uno completamente no libre.

Para evitar la confusin, alguna gente utiliza los trminos "libre" (Libre software) y "gratis"(Gratis software) para evitar la ambigedad de la palabra inglesa "free". Sin embargo, estostrminos alternativos son usados nicamente dentro del movimiento del software libre, aunqueestn extendindose lentamente hacia el resto del mundo. Otros defienden el uso del trminoopen source software (software de cdigo abierto, tambin llamado de fuentes abiertas). Laprincipal diferencia entre los trminos "open source" y "free software" es que ste ltimo tieneen cuenta los aspectos ticos y filosficos de la libertad, mientras que el "open source" se basanicamente en los aspectos tcnicos.

Ms informacin en:http://es.wikipedia.org/wiki

Bibliografa

La PC por dentro. Arquitectura y funcionamiento de computadoras. Ing. M.C. Ginzburg.

Computacin & Informtica hoy . Una mirada a la tecnologa del maana. G. Beekman.

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