硬盤修理理論知識(shí)
2020-07-21 19:25:11
供稿：網(wǎng)友
● 硬盤的結(jié)構(gòu)
硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)
關(guān)于硬盤結(jié)構(gòu)的文章已經(jīng)非常多了，不過真正要說(shuō)清楚的話，就算專門出一本書也說(shuō)不完，因此這里就不再?gòu)念^細(xì)細(xì)講述了。只是要講明白一點(diǎn)，到目前為止，在很多文章、技術(shù)資料甚至教科書里面講述的硬盤結(jié)構(gòu)模式，已經(jīng)是非常老式的硬盤結(jié)構(gòu)了。對(duì)于現(xiàn)在的新硬盤來(lái)說(shuō)，都已經(jīng)全部不采用這樣的結(jié)構(gòu)，而是采用了更為復(fù)雜、也更加科學(xué)的結(jié)構(gòu)方式。
在老式硬盤中，采用的都是比較古老的CHS（Cylinder/Head/Sector）結(jié)構(gòu)體系。因?yàn)楹芫靡郧埃谟脖P的容量還非常小的時(shí)候，人們采用與軟盤類似的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)硬盤。也就是硬盤盤片的每一條磁道都具有相同的扇區(qū)數(shù)，由此產(chǎn)生了所謂的3D參數(shù)（Disk Geometry），即是磁頭數(shù)（Heads）、柱面數(shù)（Cylinders）、扇區(qū)數(shù)（Sectors）以及相應(yīng)的3D尋址方式。
CHS結(jié)構(gòu)體系
其中：磁頭數(shù)表示硬盤總共有幾個(gè)磁頭，也就是有幾面盤片，最大為255（用8個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ)）；柱面數(shù)表示硬盤每一面盤片上有幾條磁道，最大為1023（用10個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ)）；扇區(qū)數(shù)表示每一條磁道上有幾個(gè)扇區(qū)，最大為63（用6個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ)）；每個(gè)扇區(qū)一般是512個(gè)字節(jié)，理論上講你可以取任何一個(gè)你喜歡的數(shù)值，但好像至今還沒有發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)體系中，每個(gè)磁道的扇區(qū)數(shù)相等，所以外道的記錄密度要遠(yuǎn)低于內(nèi)道，因此會(huì)浪費(fèi)很多磁盤空間（軟盤也是一樣）。為了進(jìn)一步提高硬盤容量，現(xiàn)在硬盤廠商都改用等密度結(jié)構(gòu)生產(chǎn)硬盤。這也就是說(shuō)，每個(gè)扇區(qū)的磁道長(zhǎng)度相等，外圈磁道的扇區(qū)比內(nèi)圈磁道多。采用這種結(jié)構(gòu)后，硬盤不再具有實(shí)際的3D參數(shù)，尋址方式也改為線性尋址，即以扇區(qū)為單位進(jìn)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(nèi)部安裝了一個(gè)地址翻譯器，由它負(fù)責(zé)將老式3D參數(shù)翻譯成新的線性參數(shù)。這也是為什么現(xiàn)在硬盤的3D參數(shù)可以有多種選擇的原因（不同的工作模式可以對(duì)應(yīng)不同的3D參數(shù)，如LBA、LARGE、NORMAL）。而隨著磁盤密度的增加、機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步復(fù)雜、功能和速度上的提高，如今的硬盤都會(huì)在磁盤里面劃分出一個(gè)容量比較大的，稱為“系統(tǒng)保留區(qū)”的區(qū)域，用于儲(chǔ)存硬盤的各種信息、參數(shù)和控制程序，有的甚至把硬盤的Fireware也做到了系統(tǒng)保留區(qū)里面（原來(lái)這些信息都是儲(chǔ)存在硬盤控制電路板的芯片上的）。這樣雖然可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化生產(chǎn)的流程，加快生產(chǎn)速度和降低生產(chǎn)成本，但是從另一方面，卻又大大增加了硬盤出現(xiàn)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(xiàn)在還用得非常好，別說(shuō)是壞道，連運(yùn)行時(shí)的聲音都是沒有的，但是到后來(lái)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(lái)說(shuō)，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(qū)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(wú)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(dǎo)致硬盤在通電后盤片不能正常起轉(zhuǎn)，或者起轉(zhuǎn)后磁頭不能正確尋道等。
※綜合性損壞：主要是指因?yàn)橐恍┪⑿〉淖兓褂脖P產(chǎn)生的種種問題。有些是硬盤在使用過程中因?yàn)榘l(fā)熱或者其他關(guān)系導(dǎo)致部分芯片老化；有些是硬盤在受到震動(dòng)后，外殼或盤面或馬達(dá)主軸產(chǎn)生了微小的變化或位移；有些是硬盤本身在設(shè)計(jì)方面就在散熱、摩擦或結(jié)構(gòu)上存在缺陷。種種的原因?qū)е掠脖P不穩(wěn)定，經(jīng)常丟數(shù)據(jù)或者出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤，工作噪音大，讀寫速度慢，有時(shí)能正常工作但有時(shí)又不能正常工作等。
※扇區(qū)物理性損壞：是指因?yàn)榕鲎病⒋蓬^摩擦或其他原因?qū)е麓疟P盤面出現(xiàn)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(cuò)、系統(tǒng)信息區(qū)出錯(cuò)和扇區(qū)邏輯錯(cuò)誤（一般又被稱為邏輯壞道）。
※磁道伺服信息出錯(cuò)：是指因?yàn)槟硞€(gè)物理磁道的伺服信息受損或失效，導(dǎo)致了該物理磁道無(wú)法被訪問。
※系統(tǒng)信息區(qū)出錯(cuò)：是指硬盤的系統(tǒng)信息區(qū)（硬盤內(nèi)部的一個(gè)系統(tǒng)保留區(qū)，里面又分成若干模塊，保存了許多硬盤出廠的參數(shù)、設(shè)置信息和內(nèi)部控制程序）在通電自檢時(shí)讀不出某些模塊的信息或者校驗(yàn)不正常，導(dǎo)致硬盤無(wú)法進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。
※扇區(qū)邏輯錯(cuò)誤：是指因?yàn)樾ｒ?yàn)錯(cuò)誤（ECC錯(cuò)誤和CRC錯(cuò)誤）、扇區(qū)標(biāo)志錯(cuò)誤（IDNF錯(cuò)誤）、地址信息錯(cuò)誤（AMNF錯(cuò)誤）、壞塊標(biāo)記錯(cuò)誤（BBM）等原因?qū)е略撋葏^(qū)失效。
一般來(lái)說(shuō)，修復(fù)硬盤的軟損壞是可能的，很多硬盤廠商發(fā)布的硬盤管理和維護(hù)軟件（DM）都具備修復(fù)硬盤軟損壞的能力。像扇區(qū)邏輯錯(cuò)誤這樣的問題，即使是一般的低級(jí)格式化軟件，也是完全可以勝任的。不過在所有的軟損壞當(dāng)中，系統(tǒng)信息區(qū)出錯(cuò)屬于比較難以修復(fù)的種類，因?yàn)榧词故峭粋€(gè)廠商同一種型號(hào)的硬盤，系統(tǒng)信息區(qū)也不一定相同；而且硬盤廠商對(duì)于自己產(chǎn)品的系統(tǒng)信息區(qū)內(nèi)容和讀取的指令代碼，一般是不公開的。但是對(duì)于IBM和日立的硬盤用戶來(lái)說(shuō)就比較幸運(yùn)了，日立的DFT和IBM的DDD-SI軟件對(duì)系統(tǒng)信息區(qū)出錯(cuò)還是有比較高的修復(fù)成功率的。這兩個(gè)軟件可是真真正正由硬盤的生產(chǎn)廠商發(fā)布的硬盤維修軟件啊（DFT還是免費(fèi)的），有非常強(qiáng)大的功能，效率和可靠性比起那些要價(jià)過萬(wàn)的第三方編寫的軟件都要高很多，可惜只對(duì)IBM和日立的產(chǎn)品有效。
當(dāng)然，如果僅僅是為了修復(fù)軟損壞，一個(gè)原廠的DM軟件就可以完成90％以上的任務(wù)了，根本不需要購(gòu)買上萬(wàn)元的所謂專業(yè)軟件，而現(xiàn)在HDD Regenerator、MHDD、PC-3000和效率源等等這些軟件，在宣傳上就說(shuō)明了他們所針對(duì)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(fù)！
PC-3000硬盤維修套裝
不能說(shuō)他們這樣的宣傳很夸張，因?yàn)槔碚撋线@確實(shí)是可能的。我們的硬盤如果在質(zhì)保期內(nèi)壞了，交給廠家的話，他們同樣要對(duì)這個(gè)硬盤進(jìn)行維修。那么，我們現(xiàn)在就很有必要了解一下廠家對(duì)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(shí)可以向大家先說(shuō)明一點(diǎn)，即使是從廠家出來(lái)的全新硬盤，它們的盤片也不是一點(diǎn)瑕疵也沒有的。由于磁盤的盤片比較精密，對(duì)于生產(chǎn)環(huán)境和移動(dòng)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(huì)產(chǎn)生從幾個(gè)到數(shù)以百計(jì)的壞扇區(qū)。所以，一般地，按照現(xiàn)在硬盤120GB的容量，全新的盤片即使有幾千個(gè)壞扇區(qū)也不是不可能的。只不過硬盤廠商會(huì)使用專門的設(shè)備去掃描盤片，把那些壞的扇區(qū)和磁介質(zhì)不穩(wěn)定的扇區(qū)都記錄下來(lái)，做成一個(gè)硬盤缺陷列表，寫進(jìn)系統(tǒng)保留區(qū)，通過控制程序把這些扇區(qū)封閉起來(lái)，而硬盤的控制程序在讀取硬盤的時(shí)候是不會(huì)讀取這些區(qū)域的。現(xiàn)今的硬盤由于功能和參數(shù)復(fù)雜，寫進(jìn)系統(tǒng)保留區(qū)的信息非常多。這樣，由于在底層控制的層面就已經(jīng)把有問題的扇區(qū)封閉掉了，所以用戶無(wú)論用什么格式化和分區(qū)軟件都不會(huì)看到這部分的信息，看起來(lái)就像真的完全沒有壞道一樣。同時(shí)，硬盤里面還有另外一種封閉區(qū)域，又稱為保留容量，它們其實(shí)是完全沒有問題的好的盤面，但是因?yàn)槟撤N原因被封閉起來(lái)了。譬如說(shuō)一個(gè)硬盤是60GB，而磁碟的單碟容量為40GB，那么由兩片磁碟構(gòu)成的硬盤就必須封閉掉20GB的容量（磁碟的生產(chǎn)線都是一定的，廠商為了降低成本，都只會(huì)生產(chǎn)一種容量的磁碟，通過封閉不同容量的區(qū)域來(lái)獲得不同的實(shí)際硬盤容量）。
硬盤廠商用于掃描和測(cè)試盤片的機(jī)器，每小時(shí)可以處理600個(gè)盤片
日立生產(chǎn)的用于重寫伺服信息的小型伺服機(jī)，可以同時(shí)處理8個(gè)硬盤
弄清楚了硬盤的生產(chǎn)原理，那么廠商如何維修硬盤就很好理解了。對(duì)于控制電路、磁頭等的損壞，就是應(yīng)用最簡(jiǎn)單的替換法，換上新的零件就可以了。對(duì)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(lái)修理。對(duì)于磁盤盤片的問題，情況就比較復(fù)雜。首先，廠商會(huì)用專門的儀器設(shè)備對(duì)硬盤的磁碟表面按照實(shí)際的物理地址重新進(jìn)行全面的掃描，檢查出所有壞的、不穩(wěn)定的扇區(qū)，形成一個(gè)新的硬盤缺陷列表，然后把它寫進(jìn)硬盤的系統(tǒng)信息區(qū)，替換掉原來(lái)舊的硬盤缺陷列表。然后調(diào)用內(nèi)部低級(jí)格式化程序，對(duì)硬盤進(jìn)行內(nèi)部格式化。程序會(huì)根據(jù)新的系統(tǒng)信息區(qū)信息，重新對(duì)所有的磁道和扇區(qū)進(jìn)行編號(hào)、清零，重寫磁道伺服信息和扇區(qū)信息。經(jīng)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(huì)有疑問??既然有新的壞扇區(qū)加進(jìn)系統(tǒng)保留區(qū)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(gè)工藝學(xué)的問題??損傷的內(nèi)斂性和發(fā)散性的區(qū)別，我打算留到后面說(shuō)，這里先說(shuō)說(shuō)那些第三方軟件修復(fù)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(duì)任何硬盤壞道起到修補(bǔ)作用。如果硬盤出現(xiàn)了壞道，可在Windows系統(tǒng)環(huán)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(xiàn)的“工具”按鈕中選擇“查錯(cuò)狀態(tài)”，點(diǎn)擊“開始檢查”，再在“掃描類型”中選“全面檢查”，并將“自動(dòng)修復(fù)錯(cuò)誤”打上“勾”，然后“開始”既可，它將對(duì)硬盤盤面作完全掃描處理，并且對(duì)可能出現(xiàn)的壞簇作自動(dòng)修正。其次，在Dos狀態(tài)下，硬盤有壞道，計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)時(shí)一般會(huì)自動(dòng)運(yùn)行Scandisk進(jìn)行掃描，并將壞簇以黑底紅字的“B”（bad）標(biāo)出。如果系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)不進(jìn)行磁盤掃描或已不能進(jìn)入Windows系統(tǒng)，也可用軟盤或光盤啟動(dòng)盤啟動(dòng)電腦后，在相應(yīng)的盤符下運(yùn)行Scandisk *：（注*為要掃描的硬盤盤符），回車后來(lái)對(duì)相應(yīng)需要掃描修復(fù)的硬盤分區(qū)進(jìn)行修理。
2、諾頓工具箱中的NDD“磁盤醫(yī)生”及PCTOOLS等相關(guān)工具對(duì)硬盤進(jìn)行掃描也是修復(fù)硬盤壞道的最常用的方法。
3、如果硬盤上出現(xiàn)了無(wú)法修復(fù)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(dú)分為一個(gè)區(qū)并隱藏起來(lái)，這樣可令你的硬盤延長(zhǎng)很多正常的使用壽命。
4、系統(tǒng)顯示“TRACK 0 BAD，DISK UNUSABLE”，意思為“零磁道損壞，硬盤無(wú)法使用”或用磁盤掃描程序掃描其它硬盤時(shí)其0扇區(qū)出現(xiàn)紅色“B”。硬盤0扇區(qū)損壞，可以合理運(yùn)用一些磁盤軟件，把報(bào)廢的0扇區(qū)屏蔽，而用1扇區(qū)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(lái)做說(shuō)明。用盤啟動(dòng)電腦后，運(yùn)行Pctools9.0目錄下的De.exe文件，接著選主菜單Select中的Drive，進(jìn)去后在Drive type項(xiàng)選Physical，按空格選定，再按Tall鍵切換到Drives項(xiàng)，選中hard disk，然后OK回車后回到主菜單，打開Select菜單，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)Partition Table，選中進(jìn)入后出現(xiàn)硬盤分區(qū)表信息。該硬盤有兩個(gè)分區(qū)，找到C區(qū)，該分區(qū)是從硬盤的0柱面開始的，那么，將1分區(qū)的Beginning Cylinder的0改成1就可以了，保存后退出。重新啟動(dòng)電腦后按Del鍵進(jìn)入回Coms設(shè)置，運(yùn)行“Ide Auto Detect”，可以看到CYLS由782變成781，保存退出后重新分區(qū)格式化該硬盤。
