Comment fonctionne un disque dur ? Effet du tampon sur les performances du disque dur

Impact du tampon sur les performances disque dur

Vladimir Léonov

Série moderne disques durs Tous les fabricants peuvent être divisés en deux catégories, différant par la taille du tampon interne (2 ou 8 Mo). Un examen des listes de prix a montré que la différence de prix des disques du même volume avec différentes tailles de tampon à Moscou varie désormais de 3 à 19 dollars et dépend du fabricant et du vendeur. Dans cet article, nous allons essayer de montrer l'impact de la taille du tampon interne sur les performances du disque dur.

Nous comparerons les performances en utilisant l'exemple des disques durs HDS722516VLAT20 et HDS722516VLAT80 de la famille Deskstar 7K250 d'Hitachi. Pour être plus précis, depuis l'année dernière, Hitachi produit des disques durs dans une nouvelle division, HGST (Hitachi Global Storage Technologies), issue de la fusion de ses propres production de disques et les installations achetées auprès d'IBM. Les deux disques ont une capacité de 160 Go et sont totalement identiques en termes de conception mécanique. Les disques testés avaient la même version du micrologiciel - V340A60A et ne différaient que par la taille du tampon interne (respectivement 2 et 8 Mo).

Nous avons comparé les performances sous contrôle système opérateur Windows XP Professionnel.SP1 sur un ordinateur avec la configuration suivante :

Carte mère MSI 875P Néo (MS-6758) ;

Processeur Intel Pentium 4 3,06 GHz (533 FSB) ;

Mémoire 1 Go (2 × 512 Mo SDRAM DDR Kingston PC2700) ;

Disque dur Hitachi Deskstar IC35L090AVV207-0.

Les disques testés ont été connectés un par un en tant que maître secondaire.

Pour comparer les performances, nous avons effectué des tests qui simulent le fonctionnement du sous-système de disque dans des conditions réelles et diffèrent par la manière dont ils évaluent les performances :

Ziff Davis WinBench 99 v. 2.0 ;

FuturemarkPCMark2004 ;

Test de copie de fichier v. 0.5.3 (développé par F-Center).

Dans l'affaire Ziff Davis WinBench 99 v. 2.0 détermine les performances du sous-système de disque lors de l'exécution d'applications réelles. Il s'agit d'un bon test, mais malheureusement, il n'est plus pris en charge par le développeur et les versions des applications utilisées dans le test sont très obsolètes. En plus des performances, le test détermine le temps moyen d'accès au disque et un graphique de la vitesse de lecture en fonction de l'emplacement des données sur le disque (Fig. 1 et 2).

Comme on pouvait s'y attendre, les disques ont le même temps d'accès (tableau 1) et les graphiques de dépendance de la vitesse de lecture sur l'emplacement des données sur le disque sont les mêmes pour les deux disques. En avance en termes de performances dans tous les sous-tests Disque dur HDS722516VLAT80, et on peut dire que cet avantage est entièrement déterminé par les performances du tampon. Comme le montre le tableau. 1, lorsqu'il est utilisé système de fichiers L'effet du tampon FAT-32 est généralement plus visible.

La suite de tests PCMark04 de Futuremark est basée sur des applications réelles et est conçue pour fournir un examen détaillé des performances de l'ordinateur. Le package se compose de plusieurs sections, dont l'une est conçue pour déterminer les performances du sous-système de disque. Pour tester le sous-système de disque, des traces sont utilisées - des séquences d'activité de disque préenregistrées sur un ordinateur de référence lors de l'exécution de diverses tâches. Un indicateur de performance est la vitesse de traitement des traces, mesurée en mégaoctets par seconde. Quatre traces sont utilisées qui reproduisent le fonctionnement du disque dur lors de l'exécution de diverses tâches. Le but des sentiers ressort clairement de leurs noms. Il s'agit de charger le système d'exploitation, d'ouvrir et de fermer plusieurs applications populaires, de copier des fichiers et de simuler le travail de l'utilisateur. Les résultats sont présentés dans le tableau. 2. Comme lors du test précédent, le disque dur HDS722516VLAT80 est devant. L'impact d'un tampon agrandi a le plus grand impact sur les opérations de copie et le moins d'impact sur le chargement du système d'exploitation.

FileCopy Test contre utilitaire 0.5.3 a été développé par des spécialistes de la société F-Center et est destiné à déterminer les performances d'un disque dur lors de la création (écriture) de fichiers sur le disque, de la lecture de fichiers à partir du disque et de la copie de fichiers d'une partie du disque à une autre. . Les résultats montrent le temps de fonctionnement et la vitesse mesurés en mégaoctets par seconde (Mo/s). Lors de la création de fichiers, des modèles préparés à l'avance sont utilisés - des listes contenant des informations sur la longueur et le nombre de fichiers à créer. Le modèle peut être créé manuellement ou automatiquement pour n'importe quel dossier à l'aide de l'option Analyser, ce qui facilite la création d'un modèle avec une répartition réelle des fichiers par taille. Nous avons utilisé les modèles inclus dans le package de distribution du programme. Par le nom des modèles, il est facile de deviner leur contenu. Les résultats des tests sont présentés dans le tableau. 3. Le tableau montre que le degré d'influence de la taille du tampon sur les performances du disque dur dépend de l'opération effectuée et de la taille moyenne du fichier traité. Ainsi, lors de l'exécution d'opérations d'écriture et de lecture distinctes sur des fichiers volumineux (modèle ISO), la taille du tampon n'a presque aucun effet sur les performances, mais lors de la copie de tels fichiers, l'effet de la taille du tampon est le plus prononcé.

D’après les résultats ci-dessus, il ressort que l’augmentation de la taille du tampon entraîne un gain de performances significatif pour la plupart des opérations. Ce n'est que lors de l'écriture et de la lecture de fichiers longs, c'est-à-dire dans un mode dans lequel le disque fonctionne réellement en mode lecture/écriture séquentielle, que la taille du tampon n'a eu aucun impact sur les performances.

Peut-être sur disques durs d'autres fabricants et même sur des disques durs testés avec une version de micrologiciel différente, l'effet de la taille du tampon sera légèrement différent, mais il est peu probable que la différence soit significative. À notre avis, l'installation dans ordinateur dur Un disque avec une mémoire tampon plus grande est plus rentable.

Disque dur(HDD) est un élément important de l'unité système. Il stocke les données et les fichiers utilisateur. Pour choisir le bon disque dur, vous n'avez besoin de connaître que quelques paramètres.

Caractéristiques de base du disque dur

Capacité du disque dur

À choisir un difficile Le premier paramètre auquel vous devez prêter attention est le volume du disque. Volume- la quantité d'espace sur le disque dur, c'est-à-dire que ce paramètre affiche la quantité d'informations (films, documents, dossiers, etc.) que vous pouvez écrire sur le disque dur. Volume médias modernes mesuré en gigaoctets ou téraoctets. Plus la capacité du disque dur est grande, mieux c'est. Mieux vaut acheter disque dur d'un ou plusieurs téraoctets.

Interface

Le disque dur est connecté à la carte mère via un câble d'interface. Domestique disques durs, connectez-vous à l'ordinateur via une interface (IDE ou SATA). EDI- interface obsolète. Moderne dur les lecteurs sont connectés à l’ordinateur via une interface SATA. Il existe plusieurs options pour l'interface SATA : SATA I (jusqu'à 1,5 Gbit/s), SATA II (jusqu'à 3 Gbit/s), SATA III (jusqu'à 6 Gbit/s). Plus le taux de transfert de données via l'interface est élevé, mieux c'est. La meilleure option interface disque dur - SATA III.

Vitesse de broche

La vitesse d'échange des données dépend de la vitesse de rotation de la broche. Elle se mesure en tours par minute (rpm). Plus la vitesse de broche est élevée, mieux c'est. L'option optimale est 7 200 tr/min.

Mémoire tampon (mémoire cache)

Mémoire tampon- la mémoire du disque dur, qui stocke les données déjà lues sur le disque dur, mais qui n'ont pas encore été transmises via l'interface. Plus le volume est grand mémoire tampon, plus il est probable qu'il contienne les données nécessaires et qu'il ne soit pas nécessaire de le rechercher sur le disque. Enquêteur, augmentez la vitesse travailler dur disque. Actuellement, la capacité de mémoire maximale est de 64 Mo.

Facteur de forme

Facteur de forme du disque dur- ce sont ses dimensions physiques (largeur, hauteur, épaisseur). Il existe deux facteurs de forme principaux : 2,5 pouces (2,5") et 3,5 pouces (3,5"). Les disques durs au format 2,5" sont conçus pour être utilisés dans les ordinateurs portables, bien qu'ils puissent être insérés dans un unité système en utilisant des supports et des adaptateurs supplémentaires. En raison de la nature spécifique du fonctionnement des ordinateurs portables, les disques durs économiques de 2,5" ont, dans la plupart des cas, une vitesse de broche de 5 400 tr/min.

Les disques durs de 3,5 pouces sont conçus pour être installés dans une unité centrale standard. Pendant le montage ordinateur de famille Il est préférable d’acheter un disque dur au format 3,5 pouces.

Grâce à ces conseils, vous pouvez choisir bien dur disque pour votre ordinateur.

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Disque dur (disque dur, HDD)– la mémoire morte (ROM) réinscriptible est le principal support de stockage d’un ordinateur. Il stocke des données : à la fois le système d'exploitation et les fichiers utilisateur (programmes, jeux, films, musique, images...). La mémoire du disque dur est non volatile, ce qui explique la possibilité de stocker des données sans alimenter l'appareil en électricité.

Un disque dur est un ensemble d'une ou plusieurs plaques scellées en forme de disque recouvertes d'une couche de matériau ferromagnétique et de têtes de lecture dans un seul boîtier. Les plateaux sont entraînés par une broche (arbre rotatif). Le lecteur solénoïde positionne la tête pour les opérations de lecture/écriture.

Les têtes de lecture ne touchent pas la surface du disque ni pendant la lecture/écriture des données (en raison d'une couche de flux d'air entrant de 5 à 10 nm, qui se forme lors d'une rotation très rapide) et pendant le temps d'inactivité du disque (les têtes sont escamotés sur la broche ou à l'extérieur des plateaux). En raison du manque de contact, le disque dur peut être réécrit en moyenne 100 000 fois. De plus, la durée de vie du disque est affectée par le boîtier hermétique (zone hermétique), grâce auquel un espace est créé à l'intérieur du boîtier du disque dur, débarrassé de la poussière et de l'humidité.

Principales caractéristiques du disque dur : interface, capacité, taille du tampon, taille physique (facteur de forme), temps d'accès aléatoire, taux de transfert de données, nombre d'opérations d'E/S par seconde, vitesse de broche, niveau de bruit.

La première chose à laquelle vous devez faire attention lors du choix d'un disque dur est interface- un appareil qui convertit et transmet les signaux entre le disque dur et l'ordinateur. Les interfaces les plus courantes sont désormais : SCSI, SAS, ATA (IDE, PATA), Série ATA(SATA), eSATA et USB.

L'interface SCSI a une vitesse de 640 Mo/s et est principalement utilisée sur les serveurs ; SAS est son analogue à vitesse plus élevée (12 Gbit/s), rétrocompatible avec l'interface SATA.

ATA (IDE, PATA) - prédécesseur SATA, il n'est désormais plus d'actualité en raison de son faible débit de 150 Mo/s.

eSATA et USB sont des interfaces pour disques durs externes.

Série ATA (SATA)- c'est le plus courant interface matérielle disques. C'est sur cela que vous devez vous concentrer lors du choix d'un disque dur. Il existe actuellement plusieurs variantes SATA. D'un point de vue physique, elles ne sont pas différentes (les interfaces sont compatibles), les seules différences sont au niveau de la vitesse : (SATA-I - 150 Mo/s, SATA-II - 300 Mo/s, SATA-III - 600 Mo /s).

Quant à la capacité : tout est simple. Plus il est grand, mieux c'est, car plus d'informations peuvent être enregistrées. Cette caractéristique n'affecte en rien les performances du disque dur. Défini par l'utilisateur en fonction du besoin d'espace pour stocker les fichiers. Le tableau ci-dessous montre les tailles moyennes des principaux types de fichiers auxquels vous devez prêter attention lors du choix. Disque dur.

Taille du tampon (cache). Tampon (cache) - mémoire volatile intégrée au disque dur (similaire à mémoire vive), conçu pour atténuer les différences de vitesses de lecture/écriture, ainsi que pour stocker les données les plus fréquemment consultées. Plus le cache est grand, mieux c'est. Le chiffre varie de 8 à 64 Mo. La valeur la plus optimale est 32 Mo.

Il y a deux principaux facteur de forme pour les disques durs : 3,5 pouces et 2,5 pouces. Le premier est principalement utilisé dans ordinateurs de bureau, le second concerne les ordinateurs portables.

Temps d'accès aléatoire. Cette caractéristique montre le temps moyen pendant lequel le disque dur effectue l'opération de positionnement de la tête de lecture/écriture sur une zone arbitraire. disque magnétique. Le paramètre varie de 2,5 à 16 millisecondes. Naturellement, plus la valeur est faible, mieux c'est.

Taux de transfert des données. Les disques durs modernes ont des vitesses de 50 à 75 Mo/s (pour la zone interne du disque dur) et de 65 à 115 Mo/s (pour la zone externe).

Nombre d'opérations d'E/S par seconde. Cette caractéristique varie de 50 à 100 opérations par seconde, selon l'emplacement des informations sur le disque.

Les trois derniers paramètres doivent être considérés par ordre hiérarchique, en fonction de la fonction du disque dur. Si vous utilisez souvent des applications et des jeux volumineux et regardez souvent des films en qualité HD, ils doivent être sélectionnés dans l'ordre suivant : vitesse de transfert de données > nombre d'opérations d'E/S par seconde > temps d'accès aléatoire. Si vous disposez d'un grand nombre de petites applications fréquemment lancées, la hiérarchie ressemblera à ceci : temps d'accès aléatoire > nombre d'opérations d'E/S par seconde > taux de transfert de données.

Vitesse de broche- nombre de tours de broche par minute. Le temps d'accès et la vitesse moyenne de transfert des données dépendent en grande partie de ce paramètre. Les vitesses de rotation les plus courantes sont : 5 400, 5 900, 7 200, 10 000 et 15 000 tr/min. La vitesse optimale pour un PC est de 7 200 tr/min.

Niveau de bruit Le disque dur est constitué de bruit de rotation de broche et de bruit de positionnement. Mesuré en décibels. Sur cette caractéristique devrait prêter attention aux croyances de confort.

RAID. Si vous avez les fonds nécessaires pour en acheter deux ou plus Disque dur, vous devez faire attention à la technologie RAID (matrice redondante de disques indépendants)- Tableau de disque. Cette technologie D'une part, il permet d'augmenter considérablement la vitesse d'échange des données avec les disques durs (similaire au mode multicanal pour la RAM), d'autre part, de se protéger de la perte de données importantes.

En bout de ligne. Tout d'abord, vous devez réfléchir à l'objectif du disque, sur cette base, vous déciderez du volume et du facteur de forme. En fonction des caractéristiques de votre carte mère, sélectionnez une interface (ce sera très probablement SATA). Ensuite, vous devez sélectionner des disques avec un volume tampon acceptable et déterminer la vitesse de rotation de la broche. Nous sélectionnons les paramètres de vitesse de transfert de données, de nombre d'opérations d'E/S par seconde et de temps d'accès aléatoire en fonction de la situation, en fonction des besoins. Faites attention au niveau sonore si vous avez besoin de confort.

Comme la plupart des utilisateurs le savent bien ordinateur personnel, toutes les données d'un PC sont stockées sur un disque dur - un périphérique de stockage d'informations à accès aléatoire qui fonctionne sur le principe de l'enregistrement magnétique. Les disques durs modernes sont capables de stocker des informations d'un volume total allant jusqu'à 6 téraoctets (la capacité du disque le plus volumineux actuellement commercialisé par HGST), ce qui semblait impossible il y a dix ans. Outre le fait que le disque dur de l'ordinateur a une capacité colossale, grâce au complexe technologies modernes il vous permet également d'obtenir un accès presque instantané aux informations qui y sont stockées, sans lequel un fonctionnement productif du PC serait impossible. Comment fonctionne ce miracle de la technologie moderne, et comment fonctionne-t-il ?

Périphérique de disque dur

Si vous retirez le capot supérieur du disque dur, vous ne verrez que la carte électronique et un autre capot, sous lequel se trouve une zone scellée. C'est dans cette zone hermétique que se situent les principaux éléments du disque dur. Malgré la croyance répandue selon laquelle la zone hermétique d'un disque dur contient un vide, ce n'est pas du tout vrai - à l'intérieur de la zone hermétique est rempli d'air sec débarrassé de la poussière, et le couvercle comporte généralement un petit trou avec un filtre de nettoyage conçu pour égaliser la pression de l'air à l'intérieur de la zone hermétique.

En général, un disque dur se compose des principaux composants suivants :

Comment fonctionne un disque dur

Que se passe-t-il lorsque le disque dur de l'ordinateur est alimenté et qu'il commence à fonctionner ? Suite à la commande du contrôleur électronique, le moteur du disque dur se met à tourner, mettant ainsi en mouvement les disques magnétiques rigidement fixés à son axe. Dès que la vitesse de rotation de la broche atteint une valeur suffisante pour créer un flux d'air constant sur la surface du disque, ce qui empêchera la tête de lecture de tomber sur la surface du lecteur, le mécanisme à bascule commence à déplacer les têtes de lecture, et ils planent au-dessus de la surface du disque. Dans le même temps, la distance entre la tête de lecture et la couche magnétique du lecteur n'est que d'environ 10 nanomètres, ce qui équivaut à un milliardième de mètre.

La première étape lors de la mise sous tension du disque dur consiste à lire les informations de service sur le disque (également appelées « piste zéro »), qui contiennent des informations sur le disque et son état. Si les secteurs contenant des informations de service sont endommagés, le disque dur ne fonctionnera pas.

Ensuite, le travail commence directement avec les données situées sur le disque. Les particules de matériau ferromagnétique qui recouvrent la surface du disque, sous l'influence de la tête magnétique, forment conditionnellement des bits - des unités de stockage d'informations numériques. Les données d'un disque dur sont réparties sur des pistes, qui constituent une zone circulaire à la surface d'un seul disque magnétique. La piste, à son tour, est divisée en segments égaux appelés secteurs. Ainsi, en planant au-dessus de la surface de travail du disque, la tête magnétique peut, en modifiant le champ magnétique, écrire des données strictement à un emplacement précis du disque, et en capturant le flux magnétique, les informations peuvent être lues par secteur.

Formater votre disque dur

Pour que les données soient stockées sur le disque dur, elles sont d'abord soumises à un processus de formatage. De plus, un formatage est parfois nécessaire lors de la réinstallation du système d'exploitation, même si dans le second cas ce n'est pas l'intégralité du disque qui est formaté, mais seulement une de ses partitions logiques.

Lors du formatage, le disque est des informations de service, ainsi que des données sur l'emplacement des secteurs et des pistes sur la surface du disque. Ceci est nécessaire pour un positionnement précis des têtes magnétiques lorsque vous travaillez avec un disque dur.

Spécifications du disque dur

Le marché moderne des disques durs offre une grande variété de modèles de disques durs, différant par divers paramètres techniques. Voici les principales caractéristiques par lesquelles les disques durs diffèrent :

Interface de connexion. La plupart des disques durs modernes sont connectés à la carte mère via l'interface SATA, mais il existe également des modèles avec d'autres types de connexions : eSATA, FireWire, Thunderbolt et IDE.
Capacité. Valeur caractérisant la quantité d'informations pouvant tenir sur un disque dur. À l'heure actuelle, les disques les plus populaires sont de 500 Go et 1 To.
Facteur de forme. Les disques durs modernes sont disponibles en deux tailles physiques : 2,5 pouces et 3,5 pouces. Les premiers sont destinés à être utilisés dans les ordinateurs portables et les versions compactes des PC, les seconds sont utilisés dans les ordinateurs de bureau classiques.
Vitesse de rotation de la broche. Plus la vitesse de rotation du disque dur est élevée, plus il fonctionne rapidement. La plupart des disques durs du marché ont une vitesse de rotation de 5 400 ou 7 200 tr/min, mais il existe également des disques avec une vitesse de rotation de 10 000 tr/min.
Volume tampon. Pour atténuer la différence de vitesse de lecture/écriture et de vitesse de transfert via l’interface, les disques durs utilisent une mémoire intermédiaire appelée tampon. La taille du tampon varie de 8 à 128 mégaoctets.
Temps d'accès aléatoire. C'est le temps nécessaire pour effectuer l'opération de positionnement de la tête magnétique sur une zone arbitraire de la surface du disque dur. Peut aller de 2,5 à 16 millisecondes.

Pourquoi un disque dur est-il appelé disque dur ?

Selon une version, le disque dur aurait reçu son surnom officieux de « Winchester » en 1973, lorsque le premier disque dur au monde fut lancé, dans lequel des têtes de lecture aérodynamiques étaient placées dans une boîte scellée avec des plaques magnétiques. Ce lecteur avait une capacité de 30 Mo plus 30 Mo dans le compartiment amovible, c'est pourquoi les ingénieurs qui ont travaillé sur son développement lui ont donné le nom de code 30-30, qui correspondait à la désignation d'un fusil de chasse populaire utilisant le .30-30 Winchester cartouche. Au début des années 90, le nom « Winchester » est tombé en désuétude en Europe et aux États-Unis, mais il est toujours populaire dans les pays russophones. Vous pouvez aussi souvent entendre une version argotique plus abrégée du nom disque dur - « vis », utilisée principalement par les informaticiens.

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Le disque dur (disque dur, HDD) est l’une des parties très importantes de l’ordinateur. Après tout, si le processeur, la carte vidéo, etc. tombe en panne. Vous regrettez seulement d'avoir perdu de l'argent pour un nouvel achat ; si votre disque dur tombe en panne, vous risquez de perdre des données irrémédiablement importantes. La vitesse de l'ordinateur dans son ensemble dépend également du disque dur. Voyons ça comment choisir le bon disque dur.

Tâches du disque dur

Tâche disque durà l'intérieur de l'ordinateur - enregistrez et affichez les informations très rapidement. Le disque dur est une invention étonnante de l’industrie informatique. Utilisant les lois de la physique, ce petit appareil stocke une quantité d’informations quasi illimitée.

Type de disque dur

IDE - des disques durs obsolètes sont utilisés pour se connecter aux anciennes cartes mères.

SATA - remplacé disques durs Les IDE ont des taux de transfert de données plus élevés.

Les interfaces SATA sont différents modèles, ils diffèrent également les uns des autres par la vitesse d'échange des données et la prise en charge de différentes technologies :

SATA a une vitesse de transfert allant jusqu'à 150 Mb/s.
SATA II - a une vitesse de transfert allant jusqu'à 300 Mb/s
SATA III - a une vitesse de transfert allant jusqu'à 600 Mb/s

La production du SATA-3 a commencé il n'y a pas si longtemps, début 2010. Lors de l'achat d'un tel disque dur, vous devez faire attention à l'année de fabrication de votre ordinateur (sans mise à niveau) ; si elle est inférieure à cette date, alors ce disque dur ne vous conviendra pas ! HDD - SATA, SATA 2 ont les mêmes connecteurs de connexion et sont compatibles entre eux.

Capacité du disque dur

Les disques durs les plus couramment utilisés par la plupart des utilisateurs à la maison ont une capacité de 250, 320 ou 500 gigaoctets. Il y en a encore moins, mais les 120, 80 gigaoctets deviennent de plus en plus rares et ne sont plus du tout en vente. Pour les possibilités de stockage, c'est très beaucoup d'informations Il existe des disques durs de 1, 2, 4 téraoctets.

Vitesse du disque dur et cache

Lors du choix d'un disque dur, il est important de faire attention à sa vitesse de fonctionnement (vitesse de broche). La vitesse de l'ensemble de l'ordinateur en dépendra. Les vitesses de disque courantes sont de 5 400 et 7 200 tr/min.

Volume de mémoire tampon (mémoire cache) - mémoire physique disque dur. Il existe plusieurs tailles d'une telle mémoire : 8, 16, 32, 64 mégaoctets. Plus la vitesse de la RAM est élevée disque dur, plus la vitesse de transfert des données sera rapide.

En garde à vue

Avant d'acheter, vérifiez laquelle convient à votre carte mère : IDE, SATA ou SATA 3. Nous examinons les caractéristiques de la vitesse de rotation du disque et la quantité de mémoire tampon, ce sont les principaux indicateurs de ce à quoi vous devez faire attention. Nous regardons également le fabricant et le volume qui vous convient.

Nous vous souhaitons un bon shopping !

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