硬盤修理理論知識
2020-07-21 19:25:11
供稿：網友
● 硬盤的結構
硬盤內部結構
關于硬盤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，因此這里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里面講述的硬盤結構模式，已經是非常老式的硬盤結構了。對于現在的新硬盤來說，都已經全部不采用這樣的結構，而是采用了更為復雜、也更加科學的結構方式。
在老式硬盤中，采用的都是比較古老的CHS（Cylinder/Head/Sector）結構體系。因為很久以前，在硬盤的容量還非常小的時候，人們采用與軟盤類似的結構生產硬盤。也就是硬盤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：磁頭數表示硬盤總共有幾個磁頭，也就是有幾面盤片，最大為255（用8個二進制位存儲）；柱面數表示硬盤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。
所以磁盤最大容量為：
255×1023×63×512/1048576＝8024MB（1M＝1048576Bytes）
或硬盤廠商常用的單位：
255×1023×63×512/1000000＝8414MB（1M＝1000000Bytes）
由于在老式硬盤的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于內道，因此會浪費很多磁盤空間（軟盤也是一樣）。為了進一步提高硬盤容量，現在硬盤廠商都改用等密度結構生產硬盤。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。采用這種結構后，硬盤不再具有實際的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尋址的老軟件兼容（如使用BIOSInt13H接口的軟件），廠商通常在硬盤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。這也是為什么現在硬盤的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）。而隨著磁盤密度的增加、機構的進一步復雜、功能和速度上的提高，如今的硬盤都會在磁盤里面劃分出一個容量比較大的，稱為“系統保留區”的區域，用于儲存硬盤的各種信息、參數和控制程序，有的甚至把硬盤的Fireware也做到了系統保留區里面（原來這些信息都是儲存在硬盤控制電路板的芯片上的）。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，卻又大大增加了硬盤出現致命性損壞的幾率和縮短了硬盤的使用壽命。我十幾年前的200MB硬盤和8年前的1.2GB硬盤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，但是到后來的4.3GB、6.4GB、10GB、20GB硬盤，都沒有能用超過4年的，全部壞掉了。
● 硬盤損壞的種類
一般來說，硬盤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：主要指硬盤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，主要包括磁頭臟、磁頭磨損、磁頭懸臂變形、磁線圈受損、移位等。
※控制電路損壞：是指硬盤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芯片損壞等等，導致硬盤在通電后盤片不能正常起轉，或者起轉后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盤產生的種種問題。有些是硬盤在使用過程中因為發熱或者其他關系導致部分芯片老化；有些是硬盤在受到震動后，外殼或盤面或馬達主軸產生了微小的變化或位移；有些是硬盤本身在設計方面就在散熱、摩擦或結構上存在缺陷。種種的原因導致硬盤不穩定，經常丟數據或者出現邏輯錯誤，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盤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：是指硬盤的系統信息區（硬盤內部的一個系統保留區，里面又分成若干模塊，保存了許多硬盤出廠的參數、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，導致硬盤無法進入準備狀態。
※扇區邏輯錯誤：是指因為校驗錯誤（ECC錯誤和CRC錯誤）、扇區標志錯誤（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，修復硬盤的軟損壞是可能的，很多硬盤廠商發布的硬盤管理和維護軟件（DM）都具備修復硬盤軟損壞的能力。像扇區邏輯錯誤這樣的問題，即使是一般的低級格式化軟件，也是完全可以勝任的。不過在所有的軟損壞當中，系統信息區出錯屬于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盤，系統信息區也不一定相同；而且硬盤廠商對于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。但是對于IBM和日立的硬盤用戶來說就比較幸運了，日立的DFT和IBM的DDD-SI軟件對系統信息區出錯還是有比較高的修復成功率的。這兩個軟件可是真真正正由硬盤的生產廠商發布的硬盤維修軟件啊（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件都要高很多，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軟件就可以完成90％以上的任務了，根本不需要購買上萬元的所謂專業軟件，而現在HDD Regenerator、MHDD、PC-3000和效率源等等這些軟件，在宣傳上就說明了他們所針對的不僅僅是軟損壞，而且連硬損壞里面的物理壞道甚至是一些IC的損壞都可以修復！
PC-3000硬盤維修套裝
不能說他們這樣的宣傳很夸張，因為理論上這確實是可能的。我們的硬盤如果在質保期內壞了，交給廠家的話，他們同樣要對這個硬盤進行維修。那么，我們現在就很有必要了解一下廠家對硬盤的維修方法和過程，看看廠家是怎么樣維修的，跟純粹的軟件維修有沒有什么不同。
● ● 廠家維修硬盤的方法
這里其實可以向大家先說明一點，即使是從廠家出來的全新硬盤，它們的盤片也不是一點瑕疵也沒有的。由于磁盤的盤片比較精密，對于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，按照現在硬盤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。只不過硬盤廠商會使用專門的設備去掃描盤片，把那些壞的扇區和磁介質不穩定的扇區都記錄下來，做成一個硬盤缺陷列表，寫進系統保留區，通過控制程序把這些扇區封閉起來，而硬盤的控制程序在讀取硬盤的時候是不會讀取這些區域的。現今的硬盤由于功能和參數復雜，寫進系統保留區的信息非常多。這樣，由于在底層控制的層面就已經把有問題的扇區封閉掉了，所以用戶無論用什么格式化和分區軟件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，硬盤里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。譬如說一個硬盤是60GB，而磁碟的單碟容量為40GB，那么由兩片磁碟構成的硬盤就必須封閉掉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盤容量）。
硬盤廠商用于掃描和測試盤片的機器，每小時可以處理600個盤片
日立生產的用于重寫伺服信息的小型伺服機，可以同時處理8個硬盤
弄清楚了硬盤的生產原理，那么廠商如何維修硬盤就很好理解了。對于控制電路、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。對于IC芯片的損壞，可以通過重寫IC芯片的信息或者干脆替換IC芯片來修理。對于磁盤盤片的問題，情況就比較復雜。首先，廠商會用專門的儀器設備對硬盤的磁碟表面按照實際的物理地址重新進行全面的掃描，檢查出所有壞的、不穩定的扇區，形成一個新的硬盤缺陷列表，然后把它寫進硬盤的系統信息區，替換掉原來舊的硬盤缺陷列表。然后調用內部低級格式化程序，對硬盤進行內部格式化。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，返修的硬盤就又可以像新的硬盤一樣了。
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，
那么，是不是返修過的硬盤跟新的硬盤是完全沒有差別的呢？這里牽涉到一個工藝學的問題??損傷的內斂性和發散性的區別，我打算留到后面說，這里先說說那些第三方軟件修復硬盤的原理。
1、Scandisk磁盤掃描程序是解決硬盤邏輯壞道最常用的手段，而常見的Format命令不能對任何硬盤壞道起到修補作用。如果硬盤出現了壞道，可在Windows系統環境下，在“我的電腦”中選中要處理的硬盤盤符，選擇其“屬性”，在出現的“工具”按鈕中選擇“查錯狀態”，點擊“開始檢查”，再在“掃描類型”中選“全面檢查”，并將“自動修復錯誤”打上“勾”，然后“開始”既可，它將對硬盤盤面作完全掃描處理，并且對可能出現的壞簇作自動修正。其次，在Dos狀態下，硬盤有壞道，計算機在啟動時一般會自動運行Scandisk進行掃描，并將壞簇以黑底紅字的“B”（bad）標出。如果系統在啟動時不進行磁盤掃描或已不能進入Windows系統，也可用軟盤或光盤啟動盤啟動電腦后，在相應的盤符下運行Scandisk *：（注*為要掃描的硬盤盤符），回車后來對相應需要掃描修復的硬盤分區進行修理。
2、諾頓工具箱中的NDD“磁盤醫生”及PCTOOLS等相關工具對硬盤進行掃描也是修復硬盤壞道的最常用的方法。
3、如果硬盤上出現了無法修復的壞簇或物理壞道，大家可用一些磁盤軟件將這些壞道單獨分為一個區并隱藏起來，這樣可令你的硬盤延長很多正常的使用壽命。
4、系統顯示“TRACK 0 BAD，DISK UNUSABLE”，意思為“零磁道損壞，硬盤無法使用”或用磁盤掃描程序掃描其它硬盤時其0扇區出現紅色“B”。硬盤0扇區損壞，可以合理運用一些磁盤軟件，把報廢的0扇區屏蔽，而用1扇區取而代之就能起到起死回生的效果，這樣的軟件如Pctools9.0和NU8等等。以Pctools9.0為例來做說明。用盤啟動電腦后，運行Pctools9.0目錄下的De.exe文件，接著選主菜單Select中的Drive，進去后在Drive type項選Physical，按空格選定，再按Tall鍵切換到Drives項，選中hard disk，然后OK回車后回到主菜單，打開Select菜單，這時會出現Partition Table，選中進入后出現硬盤分區表信息。該硬盤有兩個分區，找到C區，該分區是從硬盤的0柱面開始的，那么，將1分區的Beginning Cylinder的0改成1就可以了，保存后退出。重新啟動電腦后按Del鍵進入回Coms設置，運行“Ide Auto Detect”，可以看到CYLS由782變成781，保存退出后重新分區格式化該硬盤。
