1、硬盘物理故障的判定及修复 1硬盘物理故障的判定及修复2.1 硬盘物理故障的外部检测硬盘故障分为物理故障和逻辑故障两大类，本章主要讲解物理故障的检测、判定及修复，逻辑故障的相关内容请参考其他章节。2.1.1 外部故障的类型和检测方法 硬盘的外部故障主要是指电路板故障，硬盘的电路板一般是六层板，电路板上分布着主控芯片、缓存、电机驱动芯片、BIOS 及电子元器件等，电路板的故障一般表现在以下几个方面：1、供电的故障硬盘的供电来自主机的开关电源，四个接线柱的电压分别为：红色为正 5V，黑色为地线，黄色为正 12V，通过线性电源变换电路，变换为硬盘正常工作的各种电压。硬盘的供电电路如果出现问题，会直接导
2、致硬盘不能工作。故障现象往往表现为不通电、硬盘检测不到、盘片不转、磁头不寻道等。供电电路常出问题的部位是：插座的接线柱、滤波电容、二极管、三极管、场效应管、电感、保险电阻等。2、接口故障接口是硬盘与计算机之间传输数据的通路，接口电路如出现故障可能会导致硬盘检测不到、乱码、参数误认等现象。接口电路常出故障的部位是接口芯片或与之匹配的晶振、接口插针折断、接口虚焊、接口排阻损坏等。3、缓存故障缓存用于加快硬盘数据传输速度，如出现问题可能会导致硬盘不被识别、乱码、进入操作系统后异常死机等现象。4、BIOS 故障BIOS 用于保存如硬盘容量、接口信息等参数，硬盘所有的工作流程都与 BIOS 程序相关，通
3、断电瞬间可能会导致 BIOS 程序丢失或紊乱。BIOS 不正常会导致硬盘认错型号、不能识别等各种各样的故障现象。如果硬盘的电路板烧坏，最常见的表现就是通了电后没有任何反应，可以把硬盘拿在手上，感觉它是否转动，也可以通过查看电路板上的元器件是否有明显烧焦的痕迹来判断。2.1.2 外部故障的处理方法本书的重点是数据恢复，而不是硬盘维修，所以在这里不对电路板的维修进行讲解，而只对电路板出现故障的情况下如何恢复硬盘中的数据进行说明。当硬盘电路板出现故障时，最简单的方法就是使用“替换法” ，也就是使用一个同型号相兼容的电路板来替换故障硬盘的电路板，这样做如果故障硬盘能够使用了，这时只要将数据从故障硬盘中
4、拷贝出来即可。硬盘物理故障的判定及修复2电路板的替换一定要注意兼容性问题，也就是说电路板的可替代性，下面是一些常见硬盘电路板兼容性的判定方法：1、IBM 硬盘电路板兼容性的判定IBM 硬盘电路板的兼容性可以通过 IDE 接口处的标签鉴别判断，如图 2-1 所示，如果前两行的第一个字符相同，那么电路板就是兼容的可以互换。图 2-1 IBM 硬盘 IDE 接口处的标签更精确的判别方法可以通过 PC3000 查看 ROM 或 NV-RAM 中的信息进行判断，PC3000 的使用具体见第四章。2、WD 硬盘电路板兼容性的判定与 WD 以前系列的硬盘不同，Spartan、鱼子酱和 Protege 系列硬
5、盘的 ROM 芯片上不再有固件版本标签，这给替换电路板带来了障碍。而且 WD 硬盘不再严格区分鱼子酱和 Protege 商标，并且常常使用不同名字的硬盘，但并不表示其电路板不相同或不兼容。可以通过查看硬盘标签上 MDL 行的标志码来判断其电路板是否相互兼容，表 2-1是各系列电路板相互兼容的 WD 硬盘的 MDL 号：表 2-1 电路板相互兼容的 WD 硬盘的 MDL 号WD Spartan WD Protege WD Caviar Arch.V WD Caviar Arch.VIWD75DA-xxAWxx WD300EB-xxCPxx WD1200BB-xxCAxx WD1200JB-xxE
6、VxxWD400EB-xxCPxx WD600AB-xxCBxx WD1200JB-xxFUxxWD800BB-xxCJxx WD1200JB-xxCRxx WD200BB-xxCVxx WD1200AB-xxDAxx WD400BB-xxDExx WD200BB-xxDGx 硬盘物理故障的判定及修复 3WD1200AB-xxKAxx 3、MAXTOR 硬盘电路板兼容性的判定有关 MAXTOR 硬盘电路板兼容性的判定请看第四章的具体介绍。2.2 硬盘物理故障的内部检测2.2.1 内部故障的类型和检测方法硬盘内部是一个无尘空间，最下面是铝制的底座，底座上安装着主轴电机、盘片、磁头电机、磁头芯片、
7、磁头臂、磁头、定位卡子等，磁头臂、磁头、磁头芯片、音圈电机一般安装在一起构成磁头组件。硬盘内部的故障比较复杂，大致可以分为以下几种情况：1、磁头芯片故障磁头芯片贴装在磁头组件上，用于放大磁头信号、磁头逻辑分配、处理音圈电机反馈信号等，该芯片出现问题可能会出现磁头不能正确寻道、数据不能写入盘片、不能识别硬盘、异响等故障现象。2、前置信号处理器故障前置信号处理器用于加工整理磁头芯片传来的数据信号，该芯片如出现问题可能会出现不能正确识别硬盘的故障现象。3、数字信号处理器故障数字信号处理器用于处理前置信号处理器传过来的数据信号，并对该信号解码或接收计算机传过来的数据信号，并对该信号进行编码。4、主轴电
8、机故障主轴电机用于带动盘片高速旋转，现在的硬盘大多使用液态轴承马达，精度极高，剧烈碰撞后可能会使间隙变大，读取数据变得困难、异响或根本检测不到硬盘。5、磁头故障磁头故障包括磁头磨损、磁头接触面脏、磁头摆臂变形、磁铁移位等。一般表现为通电后，磁头动作发出的声音明显不正常、硬盘无法被系统 BIOS 检测到、无法分区或格式化、格式化后发现从前到后都分布有大量的坏簇等等。6、音圈电机故障音圈电机是闭环控制电机，用于把磁头准确定位在磁道上。7、定位卡子故障定位卡子用于使磁头停留在启停区，IBM 等系列的硬盘的卡子易错位，导致磁头不能正常寻道。8、盘片故障盘片故障主要指盘片被划伤，或者盘片上出现坏扇区。一
9、般情况下硬盘的每个扇区可以记录 512 字节的数据，如果其中任何一个字节不正常，该扇区就属于缺陷扇区。每个扇区除了记录 512 字节的数据外，另外还记录其他一些相关的信息，如：标志信息、校验码、地址信息等，其中任何一部分信息不正常都导致该扇区成为坏扇区。硬盘物理故障的判定及修复4常见的坏扇区主要有几种情况：1）校验错误，又称 ECC 错误系统每次在往扇区中写数据的同时，都根据这些数据经过一定的算法运算生成一个校验码，并将这个校验码记录在该扇区的信息区内。以后从这个扇区读取数据时，都会同时读取其校检码，并对数据重新运算以检查结果是否与校检码一致。如果一致，则认为这个扇区正常，存放的数据正确有效；
10、如果不一致，则认为该扇区出错，成为坏扇区。导致这种缺陷的原因主要有：磁盘表面磁介质损伤、硬盘写功能不正常等。2）IDNF 错误即扇区标志出错，结果是系统在需要读写时找不到相应的扇区。造成这个错误的原因可能是系统参数错乱，导致内部地址转换错乱，系统找不到指定扇区，也有可能是某个扇区记录的标志信息出错导致系统无法正确辨别扇区。3）AMNF 错误即地址信息出错，一般是由于某个扇区记录的地址信息出错，系统在对它访问时发现其地址信息与系统编排的信息不一致。4）坏块标记错误某些软件或病毒程序可以在部分扇区强行写上坏块标记，让系统不使用这些扇区。这种情况严格来说不一定是硬盘本身的损坏，但想清除这些坏块标记却
11、不容易。硬盘的盘片出现坏扇区后会有以下的一些表现：1）读取某个文件或运行某个软件时经常出错，或者需要经过很长时间才能操作成功，其间硬盘不断读盘并发出有规律的咯吱咯吱寻道声，由此可以判断出硬盘在不断寻道，这种现象意味着硬盘上载有数据的某些扇区已经损坏。 2）开机时系统不能通过硬盘引导，软盘启动后可以转到硬盘盘符，但无法进入，这种情况可能是因为硬盘的引导扇区出了问题。 3）正常使用计算机时频繁无故出现蓝屏。 4）格式化硬盘时到某一进度停止不前，最后报错无法完成。5）每次开机引导系统时都会自动运行 Scandisk 扫描磁盘错误。如果出现上述错误就说明硬盘已经出现坏扇区了。9、系统信息错乱每个硬盘内
12、部都有一个系统保留区，里面分成若干模块，保存有许多参数和程序。硬盘在通电自检时，要调用其中大部分程序和参数。如果能读出那些程序和参数模块，而且校验正常的话，硬盘就进入准备状态。如果某些模块读不出或校验不正常，则该硬盘就无法进入准备状态。一般表现为，BIOS 无法检测到硬盘或检测到硬盘却无法对它进行读写操作。如某些系列硬盘的常见问题：美钻二代系列硬盘通电后，磁头响一声，马达停转；Fujitsu MPG 系列在通电后，磁头正常寻道，但 BIOS 却检测不到； Western Digital 的 EB、BB 系列，能被系统检测到，却不能分区格式化等。2.2.2 硬盘内部故障数据恢复的方法对于前面提到
13、的硬盘内部故障，在数据恢复时我们可以把它们归为四类：磁头组硬盘物理故障的判定及修复 5件故障、主轴组件故障、坏扇区和系统信息出错，硬盘出现这四种故障时，分别采用如下的方法进行数据恢复：1、磁头组件故障情况下的数据恢复对于磁头组件故障，是无法进行修理的（或者修理的成本太高，变得不实际） ，解决办法是更换一套无故障的磁头组件，然后用这套磁头组件将盘片上的数据读取出来。硬盘在工作时，其盘片在电机的带动下高速旋转，磁头与盘片之间的距离只有 0.5 u 英寸。而且，盘腔内没有灰尘颗粒，因此不用担心盘片被划伤，如果盘腔中有灰尘颗粒，那么高速旋转中的盘片在与灰尘颗粒撞击时形成的冲击力非常大，很容易形成坏扇区
14、，就好像起航中的飞机禁不起小鸟的迎面相撞一样。既然硬盘腔体内部对灰尘如此敏感，那么开盘工作时就必须保证足够的洁净度，对于封闭空间内的洁净度，国家制定了严格的标准，以单位体积所含的尘粒数作为评判标准，定出如下级别：表 2-1 空气洁净度等级注：对于空气洁净度为 100 级的洁净室内大于等于 5 微米尘粒的计算应进行多次采样。当其多次出现时，方可认为该测试数值是可靠的。洁净设备通过将有尘埃的空气抽出去，将过滤装置过滤过的洁净空气吹进来的方式使洁净间内保持一个相对无尘的环境，图 2-2 所示的就是洁净间的过滤装置。等级 每立方米( 每升)空气中0.5 微米尘粒数 每立方米( 每升)空气中5微米尘粒数
15、 100 级 35100(3.5) 0 1000 级 351000(35) 250(0.25) 10000 级 3510000(350) 2500(2.5) 100000 级 35100000(3500) 25000(25) 硬盘物理故障的判定及修复6图 2-2 洁净间内的过滤装置硬盘腔体内的洁净度可以达到十级，但是普通大体积空间在通常情况下很难做到。由于硬盘开盘操作时不需要很长时间，因此基本上百级环境就足够使用。如果出于降低成本的需求，使用千级洁净度的洁净间也可能开盘成功，但是并不排除损坏硬盘与其中数据的可能性，危害性还是相当大的，这类条件，只能做练习，如果用来为客户恢复数据，是不负责任的表
16、现。在进入超净间之前，开盘工程师必须穿戴专用的洁净服，否则辛苦建立的净化环境就要付诸东流。一般而言，联体式洁净服有着较好的效果，可以将全身包裹，不至于让人体皮屑污染环境。如果想要进一步提升效果，还必须安装风淋设备，工程师在进入超净间之前必须在风淋室内吹上 10 分钟左右，可以将吸附在身上的灰尘颗粒基本去除。开盘的使用的一般通用工具主要有：六角螺丝刀、尖嘴钳、镊子等，如图 2-3 所示：硬盘物理故障的判定及修复 7图 2-3 开盘常用的工具硬盘外壳密封得十分结实，四周和中间都用六角螺丝上得很紧，需要用六角螺丝刀分别拧下各个六角螺丝之后，才可以打开硬盘的上盖，也就能清晰看到硬盘的内部结构了。开盘操
17、作并不是一件简单的事情，而且硬盘内部的配件也不是完全通用，因此进行开盘操作时需要找到合适的备件，此时所要求的不仅仅是品牌、型号一样，而且是硬盘的 Model 号也完全一致。在更换磁头时，首先将内部磁铁盖片掀开，此时需要用力得当，否则很容易弄伤盘片，从而导致数据彻底报废。有些硬盘的磁铁盖片很难掀开，处理时一定要十分小心，一般都使用专用工具。将故障磁头组件从故障盘中拆下来后，就可以将一套完好的磁头组件装入故障硬盘中，这一步更加困难。如果硬盘内部由多个盘片和磁头组成，那么留给工程师的操作空间就很小，此时稍有不当就可能触及盘片或是弄坏磁头。此外，不同型号的硬盘在磁头特性方面也不尽相同，这需要工程师凭借
18、经验去调整距离。更换磁头的过程要求工程师足够心细且合理操作，否则可能会将完好的磁头组件也弄坏，造成不必要的损失。2、主轴组件故障情况下的数据恢复硬盘的主轴组件主要是电机轴承和马达，从滚珠轴承到油浸轴承再到液态轴承，硬盘轴承处于不断的改良当中，目前液态轴承已经成为绝对的主流市场。由于采用液体硬盘物理故障的判定及修复8作为轴承，所以金属之间不直接摩擦，这样一来除了延长了主轴的寿命、减少发热之外，最重要一点是实现了硬盘噪声控制的突破。不过需要指出的是，采用液态轴承对于性能并没有任何好处，反而会延长寻道时间，甚至会引起轴承卡住，而滚珠轴承一般不会卡住。当硬盘的轴承卡住时，同样也需要在洁净间里进行开盘操
19、作。但我们并不需要将卡住的轴承换掉，因为更换轴承需要先把盘片拆掉，既然盘片已经拆掉，那么不如把轴承卡住的硬盘的盘片换到一个没有故障的同型号硬盘中，这样更加合理，而且成功率也更高。3、硬盘出现坏扇区情况下的数据恢复从前面对坏扇区的说明来看，坏扇区有多种可能的原因，修复的方法也有几种：1）通过重写校验码、标志信息纠正坏扇区现在硬盘厂家都公开提供有一些基本的硬盘维护工具，如各种版本的DM、POWERMAX、DLGDIAG 等，其中都包括有这样的功能项：Zero fill（零填充）或 Low level format（低级格式化） 。进行这两项功能都会对硬盘的数据进行清零，并重写每个扇区的校验码和标志
20、信息。如果不是磁盘表面介质损伤的话，大部分的坏扇区可以纠正为正常状态，但是硬盘中的数据将丢失，所以如果需要数据，就不能采用这种方法。2）调用自动修复机制替换坏扇区为了减少硬盘返修的概率，硬盘厂商在硬盘内部设计了一个自动修复机制，在对硬盘的读写过程中，如果发现一个坏扇区，则由内部管理程序自动分配一个备用扇区来替换该扇区，并将该扇区物理位置及其替换情况记录在 G-list（增长缺陷表）中。这样一来，少量的坏扇区有可能在使用过程中被自动替换掉了，对用户的使用没有太大的影响。也有一些硬盘自动修复机制的激发条件要严格一些，需要运行某些软件来检测判断坏扇区，并发出相应指令激发自动修复功能。比如常用的 Lf
21、ormat、DM 中的 Zero fill、 Norton 中的 Wipeinfo 和校正工具，WD 硬盘包中的 wddiag、IBM 的 DFT 中的Erase 等，还有一些半专业工具如： MHDD（MHDD 的用法将在第三章讲解） 、HDDL、 HDDutility 等，这些工具之所以能在运行过后消除一些坏扇区，很重要的原因就是这些工具可以在检测到坏扇区时激发自动修复机制。当然，G-list 的记录不会无限制，所有硬盘的 G-list 都会限定在一定数量范围内，如：MAXTOR 的美钻二代的限度是 636 条，WD 硬盘的 BB 系列的限度是 508 条，等等。超过限度，自动修复机制就不能
22、再起作用。这就是为何少量的坏扇区可以通过上述工具修复，而坏扇区多了不能通过这些工具修复的原因所在。3）用专业软件将坏扇区记录在 P-list 中这种方法需要对硬盘进行内部低级格式化。用户在使用硬盘时，是不能按物理地址模式来访问硬盘的，而是按逻辑地址模式来访问。硬盘在通电自检时，系统会从系统保留区读取一些特定参数（与内部低级格式化时调用的参数有密切关系）存在缓冲区里，用作物理地址与逻辑地址之间转换的依据。有些专业软件可以将检测到的坏扇区的逻辑地址转换为对应的物理地址，直接记录在 P-list 中，然后调用内部低级格式化程序进行低级格式化，这样可以不受 G-list 的限制，能修复大量的坏扇区，达到厂家修复的效果，硬盘物理故障的判定及修复 9但这样修复之后数据将完全丢失。 4、硬盘系统信息出错时数据恢复的方法硬盘系统信息也常称为硬盘固件或伺服信息，是控制硬盘正常工作的非常重要的程序，一旦出错硬盘就无法工作。如果硬盘故障是由于硬盘系统信息出错造成的，那么就需要用特殊的工具检测，查找出错的信息，并进行修复或替换。一般的工具无法访问硬盘的系统信息，只能用那些专门针对硬盘系统信息而开发的工具，比如 PC-3000，才能做到访问并修改硬盘的系统信息。合肥数据恢复中心转载，我们旨在为广大的群众介绍数据恢复技术。愿每一位朋友都从数据丢失的阴影中摆脱出来！
