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作者：夏耘,胡声丹

出版社：电子工业出版社

出版时间：2013-08-01

书籍编号：30467532

ISBN：9787121213427

正文语种：中文

字数：189642

版次：2

所属分类：教材教辅-大学

版权信息

书名：计算机应用基础（第2版）

作者：夏耘　胡声丹

ISBN：9787121213427

版权所有 · 侵权必究

前言

本书是在已出版的21世纪高等学校计算机公共课程“十二五”规划教材《计算机应用基础》的基础上改编而成的。为了适应计算机信息技术的发展，计算机教材的及时更新与修订，是计算机学科自身的特点，也是全国高校计算机学科教学的必然要求。

根据社会对应用型高校毕业生的需求和《高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求》中的定义，大学非计算机专业的计算机基础教育是面向计算机应用的教育。计算机技术的发展为应用型高校计算机应用教育教学开辟了新的途径，应用型高校计算机基础教育是以知识性、技能性和应用性相结合为特征的的课程，要强调实验性、知识高度综合性和创新意识的培养。

近年来，计算思维被归纳、提出，对大学计算机科学的教学将产生深远的影响。在计算机教学领域，“计算思维”能力的培养正是大学计算机教学的核心任务。计算机应用基础的教学是培养大学生计算思维能力的重要课程载体。

本书的编写遵从运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为，突出面向应用型高校本科学生的宗旨，对象明确，内容广泛，以应用为主，体现前沿，力图协助学习者不断巩固和检验所学知识，提高操作能力和综合应用能力。本书在内容上按照应用型高校专业定位做相应选择和取舍，减少应用所涉及的技术性和理论性内容的介绍，将注意力重点放在应用层面，列举相关学科的应用实例，让学生了解如何在本学科中应用信息技术。以学科相关例子作为案例，以案例讲解概念，使学生能处在一个熟悉的环境之中。部分章节还增加了知识拓展，鼓励能力发展水平较高的学生，独立进行思考，发挥聪明才智。

全书分8章，主要讲述计算机与信息社会、计算机系统组成、操作系统与办公软件的使用、多媒体技术基础及应用、计算机网络技术基础及应用、信息获取与发布、数据库技术基础、程序设计基础。以通俗易懂、简明扼要的方式将知识介绍给读者。

本课程的学习目标是提高实践和动手能力，对于应用型高校学生来说，加强信息技术学习的实践环节，提高动手能力尤为重要。书中涉及的软件有Windows 7、Office 2010、Photoshop CS4、Flash CS4、Dreamweaver CS4、GoldWave、Premiere、Python for Windows 3.3.2等，讲述中主要介绍基本功能，尽可能地减少与版本的相关性，学完本课程内容后，读者可以熟练掌握大部分Internet应用和常用的多媒体技术。让读者能够自己动手建立网站、掌握一些网络工具的应用、制作图形和动画、处理图像和视频、合成音频、运用数据库技术处理简单的问题、了解面向对象编程等。

《计算机应用基础》作为计算机应用基础这一文理科本科各专业必修课的教材，建议周学时为5学时，总共90学时，其中实践环节36学时，有与其配套的实验指导教材和教学资源。各章的理论教学学时安排如下：计算机与信息社会（2学时）、计算机系统组成（6学时）、操作系统与办公软件的使用（10学时）、多媒体技术基础及应用（10学时）、计算机网络技术基础及应用（6学时）、信息获取与发布（6学时）、数据库技术基础（8学时）、程序设计基础（6学时）。对于教学计划安排周学时为4学时，总共72学时的学校，可以选取前6章进行教学。也可以将数据库技术基础、程序设计基础作为选修课程的内容，Python 语言给读者提供一个如此简单实用且易于入门的平台，有利于学生了解面向对象编程。为便于实践课的安排，讲课次序可自行调整。

陆慰民教授、黄荣保教授、夏耘教授，钮和荣教授策划本套教材，参与编写的人员有时书剑、胡声丹、臧劲松、陈佳雯、何向武、崔霞、黄小瑜、黄春梅、杨赞、刘丽霞、贺明。他们来自上海师范大学天华学院、上海海事大学、上海理工大学、同济大学浙江学院等学校第一线的教师，陆慰民教授审阅了本书。在编写过程中，陈邦兴教授提出了许多宝贵的修改意见：电子工业出版社的领导和编辑对本书的出版给予了大力的支持和帮助，在此表示衷心感谢。

使用本书的学校可与作者联系获取有关的教学资源，电子邮箱地址为shi_shujian＠126.com或hushengdan＠163.com。

由于作者的水平和经验有限，对于应用前景广泛的人文、社会科学各学科知识的了解不够全面，错误在所难免，望有关专家和各位读者批评指正，在此表达我们的谢意。

编者

2013年8月

第1章 计算机与信息社会

本章引言

智慧城市是新一代信息技术支撑、面向知识社会下一代创新环境下的城市形态。21世纪的大学生是实现智慧技术高度集成、智慧产业高端发展、智慧服务高效便民、以人为本持续创新，完成从数字城市向智慧城市的跃升的生力军，因此，必须掌握以计算机为核心的信息技术基本知识。本章对计算机的发展历史、特点、应用及发展等做了全面的介绍。

内容结构图

学习目标

1.了解：第一台计算机，计算机的发展历史、“黑客”与“骇客”。

2.理解：计算机的特点与分类、信息技术、病毒和木马的区别。

3.学会：运用计算思维把一个看来困难的问题重新阐述成一个可解问题。

4.应用：学会用普通的杀毒软件对计算机进行防护。

1.1 计算机概述

在漫长的人类文明发展过程中，出现过许多计算工具，如算筹、算盘、计算尺等，这些计算工具帮助人们进行科学计算，为推动人类文明做出了巨大的贡献。但是，真正让人类文明进入新时代的功臣，要属世界上第一台电子计算机的发明者。

1.1.1 计算机的发展历史

1.第一台电子计算机

（1）世界上第一台电子计算机的诞生

世界上第一台电子计算机是阿塔纳索夫—贝瑞计算机（Atanasoff-Berry Computer，ABC），由爱荷华州立大学物理系的副教授约翰·文森特·阿塔纳索夫（John Vincent Atanasoff）和他的研究生克利福特·贝瑞（Clifford Berry）在1937—1941年开发。

设计ABC的构想源于求解复杂线性方程组。阿塔纳索夫讲授物理和数学物理方面的课程，他的学生在求解线性方程组时必须面对大量繁杂的计算。因此，他希望设计一台机器来解决此问题。他和他的学生贝瑞经过反复的试验研究，终于在1939年制造出一台完整的样机，证明了他们的理念是正确且可以实现的。

在ABC的雏形诞生之后的两年内，阿塔纳索夫和贝瑞进一步对ABC进行设计和多方测试。之后，1941年12月太平洋战争爆发，阿塔纳索夫应征入伍，对ABC的研究工作也被迫终止。

ABC的设计包含了现代计算机中四个最重要的基本概念：

① 采用二进制数来表示数据。

② 实现了电子计算，而不是机械计算。

③ 将内存和计算职能分离。

④ 采用再生电容内存来存储数据（也就是现在被广泛使用的DRAM）。

ABC整台机器重达700磅（约320kg）、占地面积约800平方英尺（约74m²），有总长达1英里（约1.6km）的线路、280个双三极真空管和31个闸流管。

与同一时期出现的ZuseZ3（1941）、ENIAC（1946）、EDVAC（1949）等计算机不同，ABC不是一台图灵完备的（Turing Complete）计算机，因为它并不能计算出所有可以计算的问题，并且不可编程。

由于原来的实验基地被改造成教室，最初的ABC计算机已经不复存在。在1997年，一批研究学者们根据其原型，耗费35万美元投资建造了一个ACB计算机的仿制品，如图1-1所示。现在该作品被安置在爱荷华州立大学Durham中心的一楼大厅。

（2）第一台得到应用的电子计算机

事实上，第一台电子计算机ABC诞生之后，其创始人阿塔纳索夫和贝瑞并没有获得发明者的称号。阿塔纳索夫应征入伍之后，两台ABC样机被拆散，零件移做他用，而爱荷华州立大学也没有为ABC申请专利，这就给日后计算机的发明权问题带来了法律纠纷。

早在1973年以前，人们公认的第一台电子计算机是ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，电子数字积分计算机，ENIAC），因为它是第一台具有很大实际应用价值的电子计算机，由宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院的莫克利（John Mauchiy）和埃克特（J.Presper Eckert）研制，其原型如图1-2所示。

ENIAC占地面积达170平方米，重达30吨，其内部有成千上万个电子管、二极管、电阻器等元件，电路的焊点多达50万个。ENIAC的耗电量非常大，其电子管平均每隔15分钟就要更换一只。但是，ENIAC的计算速度惊人，可以在1秒钟内进行5 000次加法运算和500次乘法运算，比当时最快的继电器计算机的运算速度还要快1 000多倍、比人工计算要快20万倍。ENIAC在第二次世界大战中为美军做出了不少贡献，并且在第一颗原子弹的研制过程中发挥了重要作用。

图1-1 阿塔纳索夫—贝瑞计算机的仿制品

图1-2 ENIAC原型

（3）关于第一台电子计算机的争议

目前，尚有大部分人认为世界上第一台电子计算机是由宾夕法尼亚大学的莫克利和埃克特研制的ENIAC。实际上，在1973年，美国法院已对于计算机发明权的归属做出了最终宣判，声明第一台电子计算机是由爱荷华州立大学的约翰·文森特·阿塔纳索夫于1939年发明的ABC，而不是由莫克利等人制造的ENIAC。据证实，ENIAC的创始人之一莫克利曾与ABC的发明者阿塔纳索夫见过面，了解过ABC的构想，并在此基础上研究ENIAC。因此，严格地说，ENIAC并不是一项发明，而是在ABC的研究基础上增加了更为实际的应用。

长久以来，造成人们误解的原因是阿塔纳索夫及其所在的爱荷华州立大学并未重视自己的重大发明ABC，并未申请专利。而莫克利和埃克特在制造完ENIAC后就立刻申请并获得了美国专利。虽然ENIAC“世界第一”的头衔被推翻，但它的功劳还是不能抹杀的，毕竟它是根据ABC思想完整地制造出来的真正意义上的电子计算机。ENIAC代表了计算机发展史上的一个里程碑。

2.计算机发展的探索阶段

在世界上第一台电子计算机出现以前，出现过许多有历史意义的计算工具，具有代表性的有以下几种。

（1）算筹

算筹的发明可以追溯到春秋战国时期，它实际上是一根根同样长短和粗细的小棍子（一般用竹子制成），如图1-3所示。大概二百七十几枚为一束，放在一个布袋里。古人将其系在腰部随身携带，需要计数或计算的时候，就将它们取出来摆弄。

（2）算盘

算盘出现在唐代，是人们在长期使用算筹的基础上发明的，算盘通过上下两部分的珠子实现计算，上半部分珠子每个代表5，下半部分的珠子每个代表1，如图1-4所示。

（3）计算尺

计算尺于1622年由英国人奥特瑞德（William Oughtred）发明，它可以实现四则运算、指数、对数三角函数的运算，在1970年之前使用广泛，之后由于电子计算器的问世而过时。

图1-3 古代算筹

图1-4 算盘

（4）机械加法器

机械加法器由法国数学家布莱斯·帕斯卡于1642年发明，是一种由一系列齿轮组成的装置，外形像一个长方盒子，用儿童玩具那种钥匙旋紧发条后才能转动，只能做加法和减法。

（5）计算器

计算器于1673由德国数学家戈特弗里德·威廉·凡·莱布尼茨（Gottfriend Wilhelm Von Leibniz）在帕斯卡的机械加法器基础之上进行研制，可以实现加、减、乘、除及开方运算。这是继帕斯卡加法器后计算工具的又一进步。

（6）差分机和分析机

1822年，英国剑桥大学教授查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage）设计了差分机和分析机，其设计的理论非常超前，具有输入、处理、存储、输出和控制5个基本装置，类似于后来的电子计算机，这为一百多年后电子计算机的出现奠定了基础。图1-5所示为伦敦科学博物馆内陈列的差分机。

图1-5 伦敦科学博物馆内陈列的差分机

3.现代计算机的演变和发展

可以这样说，现代计算机的始祖就是19世纪英国的巴贝奇教授设计的差分机和分析机。一百多年后，美国哈佛大学的霍华德·艾肯（Howard Aiken）在其博士论文课程研究的过程中产生了研制自动计算机的想法。在深入研究了计算机技术的始祖——英国数学家巴贝奇工作的基础上，艾肯于1937年提出了自动计算机的第一份建议书，他的设计目标如下：

① 可以同时处理正数和负数。

② 能求解各种超越函数，包括三角函数、对数函数、贝塞尔函数、概率函数等。

③ 全自动运算，即处理过程一旦开始，运算就完全自动进行。

④ 在计算过程中，后续的计算取决于前一步计算所获得的结果。

艾肯加入IBM公司，于1944年研制出了机械电子相结合而非纯机械方式实现的Mark Ⅰ，实现了巴贝奇的设计理念。之后，艾肯又先后研制出Mark Ⅱ（1946年）、Mark Ⅲ（1950年）和Mark Ⅳ（1952年）。

英国科学家阿兰·麦席森·图灵（Alan Mathison Turing）被称为计算机科学之父、人工智能之父，曾协助军方破解德国的著名密码系统Enigma，帮助盟军取得了第二次世界大战的胜利。他是计算机逻辑的奠基者，这位伟大的科学家曾提出过许多人工智能的重要方法。他对计算机的重要贡献在于他提出的“有限状态自动机”，也就是“图灵机”（Turning Machine，TM）的概念，以及对于人工智能所提出的重要衡量标准“图灵测试”（Turning Testing）。

另一位对计算机科学有着重大贡献的科学家是美藉匈牙利人约翰·冯·诺依曼（John Von Neumann），他于1945年提出开发EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）计算机。EDVAC方案明确奠定了新计算机由运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备组成，并描述了这5部分的职能和相互关系。EDVAC的这种体系结构又称为冯·诺依曼体系结构。

直至今天，现代计算机的发展共经历了电子管计算机时代（1946—1958年）、晶体管计算机时代（1958—1964年）、中小规模集成电路计算机时代（1964—1971年）及大规模集成电路计算机时代（1971年至今）四个阶段，但所有这四代计算机的体系结构均延续了冯·诺依曼体系结构。

如果说ABC是世界上第一台电子计算机、ENIAC是第一台真正得到应用的电子计算机。那么，EDVAC称得上是第一台具有现代意义的通用计算机。

1.1.2 计算机的特点

计算机的广泛应用几乎渗透到现代人类活动的所有领域，已成为一种不可缺少的信息处理和解决实际问题的工具，概括起来，计算机有以下几个显著特点。

1.自动执行程序

计算机采用了存储程序控制的方式，能在程序控制下自动并连续地进行高速运算。只要输入已编好的程序并将其启动，计算机就能自动地完成所有任务。这是计算机最突出的特点。

2.运算速度快、运行精度高

计算机发展到今天，不但可以快速地完成各种指令、任务，而且具有前几代计算机无法比拟的计算精度。随着计算机技术的发展，计算机的运算速度还在提高。例如，天气预报需要分析大量的气象资料和数据，单靠人工完成计算是不可能的，而计算机只需几分钟就可以完成数据的统计和分析。

3.具有记忆和逻辑判断能力

借助于逻辑运算，计算机可以进行逻辑判断，并根据判断结果自动地确定下一步该做什么。计算机的存储系统由内存和外存组成，具有存储和“记忆”大量信息的能力，现代计算机的内存容量已经以GB（吉字节）计算，外存的容量更是惊人，普通的个人PC硬盘容量已经达到上百GB。同时，计算机还具有逻辑判断能力，可以使用其进行诸如资料分类、情报检索等具有逻辑性的工作。

4.可靠性高

随着微电子技术和计算机技术的发展，电子计算机连续无故障运行时间可达到几十万小时以上，具有很高的可靠性。用同一台计算机能解决各种问题，可应用于不同的领域。

除此之外，现代的微型计算机（Micro PC）还具有体积小、重量轻、耗电少、易维护、易操作、功能强、使用方便、价格低等优点，可帮助人们完成更多复杂的工作。

1.1.3 计算机的分类

今天，计算机种类繁多、各式各样，各种类型的计算机都有其独特的优点。可以从不同的角度对计算机进行分类。

1.按用途分类

计算机按其用途不同可分为专用计算机（Special Purpose Computer）和通用计算机（General Purpose Computer）。

专用计算机是针对某些特殊需求而专门设计制造的计算机，用来提供特定的服务。

通用计算机广泛用于各类科学计算、数据处理、过程控制，可以解决各种问题，它具有功能多、用途广、配置齐全、通用性强等特点，现在市场上的大部分计算机都属于通用计算机。

2.按处理信息方式分类

计算机按其处理信息的方式不同可分为模拟计算机（Analogue Computer）、数字计算机（Digital Computer）和混合计算机（Yybrid Computer）。

模拟计算机用来处理模拟数据，这些模拟数据通过模拟量表示，模拟量可以是电压、电流、温度等。这类计算机在模拟计算和控制系统中应用较多。例如，利用模拟计算机求解高阶微分方程，其解题速度非常快。

数字计算机用来处理二进制数据，适合于科学计算、信息处理、过程控制和人工智能等，有速度快、精度高、自动化、通用性强等特点。具有可以进行数字信息和模拟物理量处理的计算机系统。

混合计算机则集中了模拟计算机和数字计算机的优点，通过模数/数模转换器将数字计算机和模拟计算机连接，构成完整的混合计算机系统。

3.按性能指标分类

计算机按其性能指标不同可分为巨型计算机（Supercomputer）、大型计算机（Mainframe）、小型计算机（Minicomputer或Minis）和微型计算型机（Microcomputer）。

巨型计算机又称为“超级计算机”，是一种超大型的电子计算机，主要表现为高速度和大容量，其运算速度可达每秒1 000万次以上，存储容量也在1 000万位以上。图1-6所示为我国研制成功的“银河Ⅲ”巨型计算机，属于巨型计算机。

大型计算机的主机非常大，一般用在高科技和尖端科研领域，它由许多中央处理器协同工作，有海量存储空间。这种大型机经常用来作为大型的商用服务器，以提供文件服务、打印服务、邮件服务、WWW服务等。图1-7所示为IBM Z9系列大型计算机。

图1-6“银河Ⅲ”巨型计算机

图1-7 IBM Z9系列大型计算机

小型计算机是小规模的大型计算机，其运行原理类似于个人PC和服务器，但性能和用途又与之截然不同。它是一种高性能的计算机，比大型计算机价格低，但有着几乎同样的处理能力。

微型计算机简称“微机”，它是由大规模集成电路组成的体积较小的电子计算机。微型计算机以微处理器（CPU）为核心，由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。目前，市场上销售的绝大部分台式计算机和笔记本计算机都属于微型计算机。

1.2 信息技术概述

科学技术的进步推动了社会的发展。蒸汽机的发明，导致了产业革命和城市化；汽车的普及，使城市逐渐向郊区蔓延。以计算机技术、网络技术和通信技术为代表的现代信息技术正在以惊人的速度发展着，并且深入到人们生产活动的各个方面。以移动技术为代表的物联网、云计算等新一代信息技术应用实现全面感知、泛在互联、普适计算与融合应用。一是以物联网、云计算、移动互联网为代表的新一代信息技术；二是知识社会环境下逐步孕育开放的城市创新生态，这两种驱动力推动智慧城市的逐步形成。

1.2.1 现代信息技术基础知识

1.信息

信息（Information）是客观事物状态及其运动特征的一种普遍形式，它是对各种事物变化和特征的反映，体现了事物之间的相互作用和联系。信息是人们用来认识事物的一种知识，人类生活离不开信息，就像人离不开空气和水一样。因此，信息和物质、能量一样，是人类赖以生存和发展的三大要素。

信息可以有多种形态，如数字、文本、图像、声音、视频等，这些形态之间可以相互转化。例如，将歌声录进计算机，就是把声音信息转化成了数字信息。

信息可以从不同的角度进行分类。按其表现形式，可分为数字信息、文本信息、图像信息、声音信息、视频信息等；按其应用领域，可分为社会信息、管理信息、科技信息和军事信息等；按其加工的顺序，可分为一次信息、二次信息和三次信息等。

2.数据

数据（Data）是信息的载体，它将信息按一定规则排列并用符号表示出来。这些符号可以构成数字、文字、图像等，也可以是计算机代码。

接收信息者必须了解构成数据的各种符号序列的意义和规律，才能根据这些意义去获得所接收信息的实际意思。例如，当一个学生从老师那里拿到成绩单时，假定其考试成绩是85分，写在试卷上的85分实际上是数据。85分这个数据本身是没有意义的。85分是什么意思?什么物质是85分?只有当数据以某种形式经过处理、描述或与其他数据比较时，数据背后的意义才会出现。“这名学生考试考了85分”——这才是信息，信息是有实际意义的。所以，只有了解了数据的背景和意义后，才能获得相应的信息。数据要转化为信息，可以用公式“数据+背景=信息”表示。

3.信息技术

信息技术（Information Technology，IT），是人们用来获取、传递、保存、分析和处理信息所采用的各种技术的总称，它往往与计算机技术和通信技术相结合。

信息技术的应用包括计算机硬件和软件、网络和通信技术、应用软件开发工具等。因此，信息技术也常被称为信息和通信技术（Information and Communications Technology，ICT）。

总的说来，信息技术主要包括感测与识别技术、信息传递技术、信息处理与再生技术和信息使用技术四种。

感测与识别技术包括信息识别、信息提取、信息检测等，这些技术的总称是“传感技术”。几乎可以扩展人类所有感觉器官的传感功能。信息传递技术主要实现信息的快速转移，同时，在转移过程中保证信息的可靠和安全，各种通信技术都属于这个范畴。例如，广播技术就是信息传递技术的一种。信息处理与再生技术包括对信息的编码、压缩、加密等。信息使用技术是整个信息过程的最后环节，包括各种控制技术、显示技术等。

1.2.2 现代信息技术的内容

随着科学技术的飞速发展，各种高新技术层出不穷、日新月异，但最主要、发展最快的仍然是信息技术。现代信息技术主要包含三方面的内容，即信息基础技术、信息系统技术及信息应用技术。

1.信息基础技术

信息基础技术是信息技术的基础，它涵盖了各种新产品、新能源、新设备的开发与制造技术。近年来发展最快、应用最广泛的、影响最大的就是微电子技术（Microelectronics Technologies）和光电子技术（Optoelectronic Technology）。

（1）微电子技术

微电子技术是现代电子信息技术的直接基础。现代微电子技术是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术。集成电路的生产始于1959年，有体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快等特点。如今的电子计算机已发展到了大规模集成电路的时代，大规模集成电路指每一个单晶硅片上可以集成一千个以上的元器件。

存储器是用来存储信息的器件。随着集成电路的发展，半导体存储器已大范围地取代了过去使用的磁性存储器，成为计算机进行数字运算和信息处理的信息存储器件。

中央处理器（CPU）是集成电路技术的另一个重要方面，其主要功能是执行“指令”进行运算或数据处理。现代计算机的CPU通常由数十万到数百万个晶体管组成。在CPU领域中，美国硅谷的英特尔公司一直处于领先地位。

（2）光电子技术

当光学与电子学结合，便构成光电子技术。光电子技术是继微电子技术后的又一项综合性的高新技术，它为微电子技术的进一步发展找到了新的出路，称为高端中的高端。美国《时代》杂志曾预测：“21世纪将成为光电子时代。”

光电子技术涉及光显示、光存储、激光等领域，是未来信息产业的核心技术。

光电子技术是一个非常宽泛的概念，它利用光信号发送、传递、处理和接收数据，涵盖了新材料、微加工和微机电、器件和系统的集成等各个领域。光电子技术科学是光电信息产业的支柱，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。

激光（Laser）技术是光电子领域中的一个项重要技术，激光是20世纪以来继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。激光的亮度为太阳光的100亿倍。激光问世后，就获得了异乎寻常的飞快发展，它不仅使古老的光学科学

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