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[轉貼][硬碟][分享] 硬碟壞道修復及資料恢復寶典

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● 前言

  這是作者致鳴寫給我的一段話:「想寫這篇文章很久了,之所以一直沒有動筆,是因為礙於個人的責任感,擔心自己所掌握的知識面不夠,不能全面、客觀地判斷事實。現在,經過幾個月的查找資料和反覆測試,拆掉、弄壞了幾十個硬碟,覺得自己有足夠的事實根據去作出判斷了,因此寫出了這篇文章。

  由於這是一篇普及性質的文章,針對的是所有的用戶和消費者,所以不打算談論具體的技術和複雜的理論,只講基本的原理和實際的效果。希望藉著這篇文章,能幫助廣大的DIYer認清一些事實,對於種種的廣告和貌似專業的宣傳能夠獨立作出清晰的判斷。」

  說實話,這段文字裡面的「的」字實在太多了,如果被校對組的老師看到,又非痛罵我一頓不可。不過總覺得這些「的」字無不包含了作者的某些情緒在裡面,所以毅然決然地保留了下來,這樣你們才能被同樣的情緒所感染,而不會擔心被編輯笨拙的手筆改到面目全非,失去原有的味道。

  話說回來,讀者看我們雜誌,首要還是瞭解知識,而非學習語法。正是基於此點,才在雜誌製作的關鍵時期,把原本正在準備中的一個專題撤掉,臨時改換此文——就是說,我們以為此文能給讀者帶來更多的收穫和震撼。沒錯,震撼!本文不是一篇簡單的普及知識性文章,而是對廣大用戶所普遍關心的硬碟問題進行了一些披露。硬碟為什麼容易損壞?廠商對返修硬碟如何處理?硬碟維修公司如何修理壞硬碟?軟體真的能修復壞硬碟嗎?看下去,你會尋找到問題的實質。

● 紛爭的起點

  一直以來,硬碟都是電腦系統中最主要的存儲設備,同時也是電腦系統中最容易出故障的部件。十幾年來,電腦CPU的運行速度已經翻了不知道多少番,從幾十MHz提高到現在的3GHz以上,計算和處理功能已經過了幾代飛躍。其他零部件,諸如顯示卡、音效卡和光碟機也已經換了很多代,只有硬碟這個最主要的存儲設備,雖然容量和速度有了很大提高,但基本結構和工作原理仍然沒有多大的變化,而且由於硬碟轉速和磁碟密度的提高,硬碟比以前更加容易損壞。

  一般的用戶在使用過程中,如果硬碟出現故障,還在質保期內的話當然是盡快找到銷售商要求保修或者更換;但是現在絕大部分IDE硬碟的質保期只有一年,在這個時期過後硬碟出了故障,就只能考慮花錢修理或者購買新的硬碟了。



  硬體的損壞不可避免!

  剛用了一年多或者兩年的硬碟就這樣扔掉,當然非常可惜,大部分用戶也都希望能花最少的錢使自己的電腦各零部件能夠最大限度地發揮用途。出於對這種節省心理的迎合,這兩年二手硬碟市場發展很快,也陸續出現了一些以維修硬碟作為賣點的硬碟維修公司,更出現了很多據說能修理硬碟壞道的硬碟維修軟體,譬如HDD Regenerator、MHDD、PC-3000和效率源等等,其中有一些更是宣傳自己是專業軟體,可以修復硬碟的物理壞道而且不影響硬碟容量從而賣到了一萬多元的天價。尤其是當俄羅斯的PC-3000進入中國後,這方面的信息就更加受到矚目。

[編注C-3000是由俄羅斯著名硬碟實驗室ACE Laboratory研究開發的商用專業修復硬碟綜合工具,它能破解各種型號的硬碟專用CPU的指令集,解讀各種硬碟的Firmware(固件),從而控制硬碟的內部工作,實現硬碟內部參數模塊讀寫和硬碟程序模塊的調用,最終達到以軟體修復多種硬碟缺陷的目的。另外,它在資料恢復方面也有其特別的功效,大部分OEM硬碟廠商也很難全部掌握這些功能。ACE Laboratory經過十多年的不斷研究,PC-3000 V12(最新版本)已能支援大部分新舊型號的IDE接口硬碟,容量從40MB至200GB。其強勁的修復硬碟功能已得到世界各國的專業硬碟維修公司所認可,目前在世界各地已有數千個專業級用戶,據說每天用PC-3000修復好數千到上萬個缺陷硬碟。]



 
  因此,在種種力量的促使下,各種不同的群體懷著不同的目的開始了一系列的宣傳,使這些軟體變得更加矚目。由此,在很多以硬碟維修、二手硬碟和硬碟技術為主題的論壇上引發了很大規模的討論甚至罵戰。

  那麼,軟體能夠修復硬碟嗎?要弄清楚這個問題,必須先從硬碟內部的結構談起,先搞清楚硬碟損壞的原因和機理。


● 硬碟的結構

  硬碟內部結構

  關於硬碟結構的文章已經非常多了,不過真正要說清楚的話,就算專門出一本書也說不完,因此這裡就不再從頭細細講述了。只是要講明白一點,到目前為止,在很多文章、技術資料甚至教科書裡面講述的硬碟結構模式,已經是非常老式的硬碟結構了。對於現在的新硬碟來說,都已經全部不採用這樣的結構,而是採用了更為複雜、也更加科學的結構方式。

  在老式硬碟中,採用的都是比較古老的CHS(Cylinder/Head/Sector)結構體系。因為很久以前,在硬碟的容量還非常小的時候,人們採用與軟碟類似的結構生產硬碟。也就是硬碟盤片的每一條磁道都具有相同的扇區數,由此產生了所謂的3D參數(Disk Geometry),即是磁頭數(Heads)、柱面數(Cylinders)、扇區數(Sectors)以及相應的3D尋址方式。



  CHS結構體系

  其中:磁頭數表示硬碟總共有幾個磁頭,也就是有幾面盤片,最大為255(用8個二進制位存儲);柱面數表示硬碟每一面盤片上有幾條磁道,最大為1023(用10個二進制位存儲);扇區數表示每一條磁道上有幾個扇區,最大為63(用6個二進制位存儲);每個扇區一般是512個字節,理論上講你可以取任何一個你喜歡的數值,但好像至今還沒有發現取別的值的。

  所以磁碟最大容量為:

  255×1023×63×512/1048576=8024MB(1M=1048576Bytes)

  或硬碟廠商常用的單位:

  255×1023×63×512/1000000=8414MB(1M=1000000Bytes)

  由於在老式硬碟的CHS結構體系中,每個磁道的扇區數相等,所以外道的記錄密度要遠低於內道,因此會浪費很多磁碟空間(軟碟也是一樣)。為了進一步提高硬碟容量,現在硬碟廠商都改用等密度結構生產硬碟。這也就是說,每個扇區的磁道長度相等,外圈磁道的扇區比內圈磁道多。採用這種結構後,硬碟不再具有實際的3D參數,尋址方式也改為線性尋址,即以扇區為單位進行尋址。

  而為了與使用3D尋址的老軟體相容(如使用BIOSInt13H接口的軟體),廠商通常在硬碟控制器內部安裝了一個地址翻譯器,由它負責將老式3D參數翻譯成新的線性參數。這也是為什麼現在硬碟的3D參數可以有多種選擇的原因(不同的工作模式可以對應不同的3D參數,如LBA、LARGE、NORMAL)。

  而隨著磁碟密度的增加、機構的進一步複雜、功能和速度上的提高,如今的硬碟都會在磁碟裡面劃分出一個容量比較大的,稱為「系統保留區」的區域,用於儲存硬碟的各種信息、參數和控制程序,有的甚至把硬碟的Fireware也做到了系統保留區裡面(原來這些信息都是儲存在硬碟控制電路板的晶片上的)。

  這樣雖然可以進一步簡化生產的流程,加快生產速度和降低生產成本,但是從另一方面,卻又大大增加了硬碟出現致命性損壞的幾率和縮短了硬碟的使用壽命。我十幾年前的200MB硬碟和8年前的1.2GB硬碟到現在還用得非常好,別說是壞道,連運行時的聲音都是沒有的,但是到後來的4.3GB、6.4GB、10GB、20GB硬碟,都沒有能用超過4年的,全部壞掉了。


● 硬碟損壞的種類

  一般來說,硬碟的損壞按大類可以分為硬損壞和軟損壞。

  硬損壞包括磁頭組件損壞、控制電路損壞、綜合性損壞和扇區物理性損壞(一般人稱之為物理壞道)四種。

  ※ 磁頭組件損壞:主要指硬碟中磁頭組件的某部分被損壞,造成部分或全部磁頭無法正常讀寫的情況。磁頭組件損壞的方式和可能性非常多,主要包括磁頭髒、磁頭磨損、磁頭懸臂變形、磁線圈受損、移位等。

  ※控制電路損壞:是指硬碟的電子線路板中的某一部分線路斷路或短路,或者某些電氣元件或IC晶片損壞等等,導致硬碟在通電後盤片不能正常起轉,或者起轉後磁頭不能正確尋道等。

  ※綜合性損壞:主要是指因為一些微小的變化使硬碟產生的種種問題。有些是硬碟在使用過程中因為發熱或者其他關係導致部分晶片老化;有些是硬碟在受到震動後,外殼或盤面或馬達主軸產生了微小的變化或位移;有些是硬碟本身在設計方面就在散熱、摩擦或結構上存在缺陷。種種的原因導致硬碟不穩定,經常丟資料或者出現邏輯錯誤,工作噪音大,讀寫速度慢,有時能正常工作但有時又不能正常工作等。

  ※扇區物理性損壞:是指因為碰撞、磁頭摩擦或其他原因導致磁碟盤面出現的物理性損壞,譬如劃傷、掉磁等。

  軟損壞包括磁道伺服信息出錯、系統信息區出錯和扇區邏輯錯誤(一般又被稱為邏輯壞道)。

  ※磁道伺服信息出錯:是指因為某個物理磁道的伺服信息受損或失效,導致了該物理磁道無法被訪問。

  ※系統信息區出錯:是指硬碟的系統信息區(硬碟內部的一個系統保留區,裡面又分成若干模塊,保存了許多硬碟出廠的參數、設置信息和內部控制程序)在通電自檢時讀不出某些模塊的信息或者校驗不正常,導致硬碟無法進入準備狀態。

  ※扇區邏輯錯誤:是指因為校驗錯誤(ECC錯誤和CRC錯誤)、扇區標誌錯誤(IDNF錯誤)、地址信息錯誤(AMNF錯誤)、壞塊標記錯誤(BBM)等原因導致該扇區失效。

  一般來說,修復硬碟的軟損壞是可能的,很多硬碟廠商發佈的硬碟管理和維護軟體(DM)都具備修復硬碟軟損壞的能力。像扇區邏輯錯誤這樣的問題,即使是一般的低級格式化軟體,也是完全可以勝任的。不過在所有的軟損壞當中,系統信息區出錯屬於比較難以修復的種類,因為即使是同一個廠商同一種型號的硬碟,系統信息區也不一定相同;而且硬碟廠商對於自己產品的系統信息區內容和讀取的指令代碼,一般是不公開的。

  但是對於IBM和日立的硬碟用戶來說就比較幸運了,日立的DFT和IBM的DDD-SI軟體對系統信息區出錯還是有比較高的修復成功率的。這兩個軟體可是真真正正由硬碟的生產廠商發佈的硬碟維修軟體啊(DFT還是免費的),有非常強大的功能,效率和可靠性比起那些要價過萬的第三方編寫的軟體都要高很多,可惜只對IBM和日立的產品有效。

  當然,如果僅僅是為了修復軟損壞,一個原廠的DM軟體就可以完成90%以上的任務了,根本不需要購買上萬元的所謂專業軟體,而現在HDD Regenerator、MHDD、PC-3000和效率源等等這些軟體,在宣傳上就說明了他們所針對的不僅僅是軟損壞,而且連硬損壞裡面的物理壞道甚至是一些IC的損壞都可以修復!



  

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● 廠家維修硬碟的方法

  這裡其實可以向大家先說明一點,即使是從廠家出來的全新硬碟,它們的盤片也不是一點瑕疵也沒有的。由於磁碟的盤片比較精密,對於生產環境和移動都有非常高的要求,即使是一粒灰塵、一次很輕微的碰撞,都會產生從幾個到數以百計的壞扇區。所以,一般地,按照現在硬碟120GB的容量,全新的盤片即使有幾千個壞扇區也不是不可能的。只不過硬碟廠商會使用專門的設備去掃瞄盤片,把那些壞的扇區和磁介質不穩定的扇區都記錄下來,做成一個硬碟缺陷列表,寫進系統保留區,通過控制程序把這些扇區封閉起來,而硬碟的控制程序在讀取硬碟的時候是不會讀取這些區域的。

  現今的硬碟由於功能和參數複雜,寫進系統保留區的信息非常多。這樣,由於在底層控制的層面就已經把有問題的扇區封閉掉了,所以用戶無論用什麼格式化和分區軟體都不會看到這部分的信息,看起來就像真的完全沒有壞道一樣。同時,硬碟裡面還有另外一種封閉區域,又稱為保留容量,它們其實是完全沒有問題的好的盤面,但是因為某種原因被封閉起來了。譬如說一個硬碟是60GB,而磁碟的單碟容量為40GB,那麼由兩片磁碟構成的硬碟就必須封閉掉20GB的容量(磁碟的生產線都是一定的,廠商為了降低成本,都只會生產一種容量的磁碟,通過封閉不同容量的區域來獲得不同的實際硬碟容量)。



  硬碟廠商用於掃瞄和測試盤片的機器,每小時可以處理600個盤片



  日立生產的用於重寫伺服信息的小型伺服機,可以同時處理8個硬碟

  弄清楚了硬碟的生產原理,那麼廠商如何維修硬碟就很好理解了。對於控制電路、磁頭等的損壞,就是應用最簡單的替換法,換上新的零件就可以了。對於IC晶片的損壞,可以通過重寫IC晶片的信息或者乾脆替換IC晶片來修理。

  對於磁碟盤片的問題,情況就比較複雜。首先,廠商會用專門的儀器設備對硬碟的磁碟表面按照實際的物理地址重新進行全面的掃瞄,檢查出所有壞的、不穩定的扇區,形成一個新的硬碟缺陷列表,然後把它寫進硬碟的系統信息區,替換掉原來舊的硬碟缺陷列表。

  然後調用內部低級格式化程序,對硬碟進行內部格式化。程序會根據新的系統信息區信息,重新對所有的磁道和扇區進行編號、清零,重寫磁道伺服信息和扇區信息。經過這樣的處理,返修的硬碟就又可以像新的硬碟一樣了。

  有人可能會有疑問——既然有新的壞扇區加進系統保留區去了,

  那麼,是不是返修過的硬碟跟新的硬碟是完全沒有差別的呢?這裡牽涉到一個工藝學的問題——損傷的內斂性和發散性的區別,我打算留到後面說,這裡先說說那些第三方軟體修復硬碟的原理。

● 第三方軟體的修復原理

  我們這裡說的第三方軟體修復硬碟,主要討論的都是修理硬碟扇區的物理性損壞——邏輯壞道沒有什麼好討論的,修復並不難。目前,第三方軟體修復硬碟扇區的物理性損壞一般有兩個主要方式:反向磁化和修改硬碟缺陷列表。

  反向磁化是最先被應用的一種修復硬碟扇區物理性損壞的方式。一般地,硬碟的磁頭只能負責讀取和寫入信號,而讀取、寫入資料信號所需要的電平信號跟磁碟表面的磁介質本身是不一樣的。而反向磁化就是通過用軟體指令迫使磁頭產生於磁介質本身相應的高低電平信號,通過多次的往復運動對損壞或者失去磁性的扇區進行反覆加磁,使這些扇區的磁介質重新獲得磁能力。

  HDD Regenerator就是最先採用這種方式的軟體,後來有一些軟體通過分析它的算法和指令,也掌握了反向磁化的信號,採用跟它相同或者相似的引擎進行反向磁化。要注意的是,現在市面上有不少所謂的專業硬碟維修公司發佈了一些自稱可以維修硬碟壞道的軟體,一般也要300元左右,其實他們只是通過Ultra Edit、Pctools等二進制編輯工具對HDD Regenerator的界面信息進行改寫;或者對HDD Regenerator進行脫殼,換上自己編寫的外殼界面搖身一變而成的。說白了就是盜版的HDD Regenerator,這請大家務必區分清楚。

  進行反向磁化最大的缺點是速度慢,對一個磁介質不穩定或者失去磁能力的扇區進行磁化,磁頭很可能要往復成百上千次,如果硬碟只有幾十個或者幾百個壞扇區的話,慢慢熬也是可以的。但是現今硬碟動輒上百GB的容量,有上萬個壞扇區也是很平常的事情,這時候如果用這種方法去修,大概還沒有修到10%,磁頭就會因為疲勞過度變形了,本來通過隱藏分區後還可以用的硬碟就會徹底報廢。而且這些扇區的磁介質本身就是不穩定的,即使磁化了,在一段時間內可以使用,但隨時有重新失去磁能力的危險,硬碟其實並不穩定。同時,這種方法並不能修復物理劃傷這種硬損壞。

  修改硬碟缺陷列表的方式就是對反向磁化的改進,這種方法和上面說的硬碟廠商的維修方式非常相似。前面說過了,硬碟廠商對於自己硬碟產品的系統信息區的信息內容和讀取的指令代碼,一般是不公開的,但是一些技術人員通過分析和逆向工程,破解了廠商的指令代碼甚至Fireware,使得他們可以編製出程序軟體,自由地讀取、修改和寫入硬碟系統信息區的信息。

  這樣,他們同樣可以像硬碟廠商一樣,編寫程序對磁碟盤面按照物理地址進行掃瞄,重新構造出新的缺陷扇區列表寫進系統保留區來替換原有的列表。經過這樣的軟體維修的硬碟,理論上說是跟硬碟廠商維修的硬碟是沒有差別的。這種軟體因為有了這個功能,所以價格非常昂貴,PC-3000要上萬元,效率源專業版(零售版只能修復ECC錯誤和CRC錯誤,其實什麼也幹不了)也要六百多,而且他們是不包括以後的升級技術支援的,因為這些軟體有著一個非常致命的弱點——畢竟他們是通過破解獲得的資料,在一定程度上說是非法的。不同的硬碟廠商、甚至同一廠商不同型號的硬碟,對於系統保留區的控制代碼都是不一樣的,Fireware也不同,為了讓軟體有通用性,他們必須通過不斷地破解新的硬碟型號才能使軟體支援更多的硬碟。

  而如果因為你購買了一套軟體他們就要不斷給予升級支援的話他們是絕對不幹的,為了要修更多的新的硬碟型號,你就必須不斷地支付升級費用。在另一方面,對硬碟的系統信息區信息,如果破解得好還可以,如果破解得不好,把信息修改寫進去以後,輕的會讓硬碟在讀寫時頻頻出現錯誤,不穩定;重的就會報銷掉這個硬碟了。

● 最後的分析

  前面我已經提到過,其實返修盤和全新的硬碟還是有差別的,那麼差別在哪裡呢?很簡單,在全新的硬碟中,扇區的物理損壞是在生產過程中產生的;而需要返修的硬碟,扇區物理損壞是在使用過程中產生的。而不同的物理損壞產生環境,直接影響到這個損壞的破壞力大小。

  為了說明這個問題,我舉一個電鍍的過程做例子,雖然不一定完全是這樣的,但這確實是材料學和工藝學的範疇,即使是磁碟盤面的加工也逃不出這個範圍。如果電鍍過程中因為某些原因,導致一些地方的鍍層過薄或者根本沒有鍍上,那麼這一部分就是缺陷部分,它會很容易氧化生銹。這部分的生銹會蔓延和擴展到原來鍍得好、沒有缺陷的部分,但是這個過程是非常慢的,因為這個缺陷是在生產過程中跟鍍層一起同時形成的,鍍層的邊緣還封閉得非常好,所以這個缺陷是內斂性的,它的蔓延和擴展會比較慢。

  而如果原來的鍍層是完好的,後來你用刀子刮去一部分鍍層,那麼就出現了一個發散性的缺陷。因為在這個缺陷中,你不但破壞了缺陷表面的鍍層,而且連完好部分的鍍層的邊緣也被破壞掉。在這種缺陷中,氧化生銹的蔓延和擴展非常快,很快就可以在完好的部分中產生出一大片氧化生銹的區域。

  硬碟盤片的生產原理也是一樣的。大家都知道,壞的扇區是會蔓延的,即使封閉了這部分扇區不進行讀寫,它們同樣會在盤面上蔓延。在生產過程中形成的壞扇區,周圍的磁介質晶體仍然是均勻的和緻密的,物理性質仍然相當穩定,在這樣的環境中,壞扇區的蔓延是一個非常緩慢的過程,恐怕即使硬碟的使用壽命到了它還沒有蔓延出多遠。

  而在使用過程中因為碰撞、劃傷而產生的壞扇區,周圍的磁介質晶體是處於破碎和疏鬆的狀態,這樣,這個壞扇區的蔓延就會非常快,很可能你剛剛封閉了它不久,它就又蔓延到沒有封閉的完好區域去了。由於有這樣的潛在不穩定性,所以在北美,一般返修的硬碟都會打上返修標籤,用非常便宜的價格出售(大概只有市價的1/2到1/3),甚至有一些公司就乾脆把返修盤全部拿到亞洲或者一些第三世界國家的市場去賣了。

  對於已經返修的硬碟,由硬碟廠商返修和給外面的維修人員通過軟體修復,雖然在理論上是基於同樣的原理,但是實際效果還是不一樣的。用軟體修復,需要硬碟的磁頭不斷讀寫每個扇區,以確定此扇區是否確實失去磁能力,這個讀寫過程可能要循環上百次甚至更多。

  這樣一個個扇區不斷地讀寫下去,花費的時間非常長,譬如MHDD,在預設參數下,隨便對一個3.2GB的硬碟作掃瞄,很可能就需要48小時甚至5天的時間(根據壞盤情況的不同,時間有很大區別),而且必須連續工作不間斷。這樣對硬碟磁頭和盤片本身的損害是非常大的,本來就已經不是好盤了,再經過這樣的折騰,就算是修好了,你敢用來裝一些有用的資料嗎?

  如果在硬碟廠商那裡返修,他們會使用專門的機器,那些機器採用的是光學原理來對盤片表面查錯(具體細節比較巧妙,就不說了,物理或者電子專業的朋友應該都知道),而不是用磁頭真正地讀寫盤片的表面。

  在這種機器裡面,當不同種類的扇區——完好的和有缺陷的:如盤面劃傷、磁介質有雜質、磁介質疏鬆、磁性能不穩定等,通過檢測點的時候,會產生不同的反饋光信號,機器會根據反饋的光信號記錄下全部有缺陷的扇區記錄和相應的扇區位置,編成硬碟缺陷列表。因為不是通過物理磁頭讀寫,所以不但掃瞄檢查的速度飛快,而且對硬碟的盤片傷害會小很多很多。

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感謝大大的PO文
讓我瞭解到許多我不知道的新東西

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謝謝大大提供的這個方法 來試試看吧 感恩阿

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謝謝大大囉
這增進了我一些知識
辛苦囉

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收帖歐!!
感謝樓主無私分享!!讓我長了見識!!長了智慧!!謝謝歐!!

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還真是複雜~不過還是弄懂比較好~因為我的硬碟快掛了><

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不錯唷~~~
整理的很詳細...........

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