硬盤內部的秘密
2020-07-21 19:33:36
供稿：網友
作為存儲部件，硬盤在整個電腦中的重要性是顯而易見的。價格并不昂貴，但是從某種意義來說，蘊含其中的數據遠遠超過了硬盤本身的價值。對于喜歡升級的朋友，硬盤保留的時間也往往是最長的。然而，硬盤也幾乎是最嬌氣的配件了，處理器的損壞帶來的經濟損失還能夠接受；可是數據的丟失就讓人痛苦異常了。那么，大家對硬盤了解多少呢？小編去找了國內的第一家硬盤維修、數據修復的金海碩公司（也是軍方的西南涉密數據恢復中心），進行了相關咨詢。
很少有朋友見過拆開后的硬盤吧（這樣的硬盤也就報廢了）。其實硬盤拆開后的樣子有點像古老的唱機：電路板，盤面，磁頭。工作的時候，磁頭通過傳動臂和傳動軸以固定半徑掃描盤片，以次讀寫數據。其中主軸又由軸承和馬達組成。通常情況下，我們可以認為軸承決定噪音，而馬達決定性能。
和常規想象的不同，磁頭和盤片是非接觸式的，并且距離很小（千萬分之一米）。由于這個距離遠遠小于大量灰塵的直徑。所以即使是一顆灰塵，也會帶來難以估量的損失。因此，無論是硬盤的裝配還是維修，都需要在無塵空間工作。同樣，習慣了DIY的朋友，即使再手癢也要忍著拆盤的念頭啊。
不僅僅是無塵，由于硬盤里面精密電路板的存在，在安裝的時候都要用有機玻璃隔離來防止靜電。最外層還要覆蓋泡沫屏蔽層，以進一步防止靜電和控制噪聲，最后才是我們現在所看到的樣子。
由于硬盤本身設計制造的因素，所以也就造成了硬盤的脆弱（相對而言）。碰撞，即使是輕微的碰撞也可能造成磁頭和盤面的異常。同樣的原因，溫度異常所帶來的影響也是致命的。至于突然關機等突發事件，帶來的潛在損傷就更大了。
硬盤常見的問題并不多，最多的就是壞道。金海碩公司說他們接修的硬盤中有差不多50%都屬于這種情況。按照普通人的習慣，壞道又被分為物理壞道和邏輯壞道兩部分。前者是指因為碰撞、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。一般修復起來難度比較大。而后者包括磁道伺服信息出錯、系統信息區出錯和扇區邏輯錯誤。具體情況如下：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，修復硬盤的軟損壞的可能性很大，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。而像扇區邏輯錯誤這樣的問題，即使一般的低級格式化軟件也完全可以勝任了。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。因此日常送修的硬盤中，大部分也屬于這一類。
對效率源這種專業的維修廠家來說，修理軟損壞自然不在話下，就是某些硬損壞也是完全可能修復的。這里面并沒有水分，因為在理論上這也是確實是可能的。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。
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）。
對于廠家和專業維修公司。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，他們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。
前段時間論壇里有帖子說是可以通過某些方式把硬盤里面的隱藏分區提取出來使用以達到增加硬盤大小的目的。這里面的被封閉區域和那些損壞的被封閉區域不一樣，它們其實是完全沒有問題的好的盤面。廠商的設備既然可以封閉新出現的壞扇區，當然也可以從被封閉的完好盤面上提取出相應的扇區容量來替代被封閉的壞扇區。現今的硬盤一般都有非常可觀的保留容量，最少的也有好幾個GB，大的可以達到20～30GB甚至更多。金海碩介紹說每個廠家的硬盤保留容量比例都不一樣，不過具體大小不方便透露。對于提取隱藏分區使用，一般情況下都是可以的。對硬盤本身不會造成什么影響，但是一旦出了問題，多次返修便會造成極大了后患。
金海碩公司還介紹說，現在硬盤的維修項目中，分為單純的盤體維修和數據恢復。前者比較容易，價格上也便宜的多。由于現在的硬盤維修和數據恢復也分為物理方式和光電方式兩部分，前者價格便宜一些，可是消耗時間比較長，同時對硬盤壽命的影響比較大。如果維修費用超過了硬盤本身價值的一半，那么還不如買個新的。數據恢復的難度就大多了，通常可以分為純軟件恢復和軟硬件結合恢復數據。前者的前提是硬盤還能夠操作；而后者則通常需要專門的設備了，由于能夠從物理壞道上面恢復數據，因此價格也相當昂貴，有時候為了修復一個硬盤的數據甚至需要從幾個全新的硬盤下拆卸部件。
目前國際的最高水平是美國的“深層信號還原”，即使是被覆蓋的數據、完全低格、全盤清零、強磁場破壞的硬盤，仍然可以恢復。。根據目前的資料，大概可以觀察到4～5層，也就是說，即使一個數據被不同的其他數據重復覆蓋4次，仍然有被“深層信號還原”設備讀出來的可能性。當然，這樣的操作成本無疑是非常高的，也只能用在國家安全級別的用途上，目前世界范圍內也沒有幾個國家可以擁有這樣的技術，只有極少數規模龐大的計算機公司和不計成本的政府機關能擁有這樣級別的數據恢復設備，而且主要都是由美國人掌握，其價格已經遠遠不是普通人可以負擔的了。對于西南地區頂尖技術的金海碩公司，他們能夠做到的也就是對低格后未被覆蓋的數據恢復。不過對于一般的朋友來說，這樣已經夠了，不是么？
