硬件分析和常见故障处理第七篇！

lokhang

硬盘损坏全分析
前言
这是作者致鸣写给我的一段话：“想写这篇文章很久了，之所以一直没有动笔，是因為碍于个人的责任感，担心自己所掌握的知识面不够，不能全面、客观地判断事实。现在，经过几个月的查找资料和反復测试，拆掉、弄坏了几十个硬盘，觉得自己有足够的事实根据去作出判断了，因此写出了这篇文章。由于这是一篇普及性质的文章，针对的是所有的用户和消费者，所以不打算谈论具体的技术和復杂的理论，只讲基本的原理和实际的效果。希望借著这篇文章，能帮助广大的DIYer认清一些事实，对于种种的广告和貌似专业的宣传能够独立作出清晰的判断。”
说实话，这段文字裡面的“的”字实在太多了，如果被校对组的老师看到，又非痛骂我一顿不可。不过总觉得这些“的”字无不包含了作者的某些情绪在裡面，所以毅然决然地保留了下来，这样你们才能被同样的情绪所感染，而不会担心被编辑笨拙的手笔改到面目全非，失去原有的味道。


话说回来，网友访问我们的坛子，首要还是了解知识，而非学习语法。本文不是一篇简单的普及知识性文章，而是对广大用户所普遍关心的硬盘问题进行了一些披露。硬盘為什麼容易损坏？厂商对返修硬盘如何处理？硬盘维修公司如何修理坏硬盘？软件真的能修復坏硬盘吗？看下去，你会寻找到问题的实质。


纷争的起点

一直以来，硬盘都是计算机系统中最主要的存储设备，同时也是计算机系统中最容易出故障的部件。十几年来，计算机CPU的运行速度已经翻了不知道多少番，从几十MHz提高到现在的3GHz以上，计算和处理功能已经过了几代飞跃。其他零部件，诸如显卡、声卡和光驱也已经换了很多代，只有硬盘这个最主要的存储设备，虽然容量和速度有了很大提高，但基本结构和工作原理仍然没有多大的变化，而且由于硬盘转速和磁盘密度的提高，硬盘比以前更加容易损坏。一般的用户在使用过程中，如果硬盘出现故障，还在质保期内的话当然是尽快找到销售商要求保修或者更换；但是现在绝大部分IDE硬盘的质保期只有一年，在这个时期过后硬盘出了故障，就只能考虑花钱修理或者购买新的硬盘了


刚用了一年多或者两年的硬盘就这样扔掉，当然非常可惜，大部分用户也都希望能花最少的钱使自己的计算机各零部件能够最大限度地发挥用途。出于对这种节省心理的迎合，这两年二手硬盘市场发展很快，也陆续出现了一些以维修硬盘作為卖点的硬盘维修公司，更出现了很多据说能修理硬盘坏道的硬盘维修软件，譬如HDD
Regenerator、MHDD、PC-3000和效率源等等，其中有一些更是宣传自己是专业软件，可以修復硬盘的物理坏道而且不影响硬盘容量从而卖到了一万多元的天价。尤其是当俄罗斯的PC-3000进入中国后，这方面的信息就更加受到瞩目。


[编注：PC-3000是由俄罗斯著名硬盘实验室ACE
Laboratory研究开发的商用专业修復硬盘综合工具，它能破解各种型号的硬盘专用CPU的指令集，解读各种硬盘的Firmware（固件），从而控制硬盘的内部工作，实现硬盘内部参数模块读写和硬盘程序模块的调用，最终达到以软件修復多种硬盘缺陷的目的。另外，它在数据恢復方面也有其特别的功效，大部分OEM硬盘厂商也很难全部掌握这些功能。ACE
Laboratory经过十多年的不断研究，PC-3000
V12（最新版本）已能支持大部分新旧型号的IDE接口硬盘，容量从40MB至200GB。其强劲的修復硬盘功能已得到世界各国的专业硬盘维修公司所认可，目前在世界各地已有数千个专业级用户，据说每天用PC-3000修復好数千到上万个缺陷硬盘。]


对于普通用户来说，如果真的能把有物理坏道的硬盘修好，那麼就可以省下买新硬盘的钱了；对于二手硬盘销售商来说，一个有坏道的硬盘和一个没有坏道的价格差很多，如果能把有坏道的摇身一变成為没有坏道的，可以多挣很多利润；对于专门修理硬盘人的来说，有了这些软件就可以用一台计算机一张桌子开店了，平均每修理好一个硬盘收40元那也是非常好的生意；而对于销售这些软件的代理来说，每销售一套就是7000～8000元人民币的利润，更加是肥得漏油的生意。因此，在种种力量的促使下，各种不同的群体怀著不同的目的开始了一系列的宣传，使这些软件变得更加瞩目。由此，在很多以硬盘维修、二手硬盘和硬盘技术為主题的论坛上引发了很大规模的讨论甚至骂战。


那麼，软件能够修復硬盘吗？要弄清楚这个问题，必须先从硬盘内部的结构谈起，先搞清楚硬盘损坏的原因和机理。

硬盘的结构

关于硬盘结构的文章已经非常多了，不过真正要说清楚的话，就算专门出一本书也说不完，因此这裡就不再从头细细讲述了。只是要讲明白一点，到目前為止，在很多文章、技术资料甚至教科书裡面讲述的硬盘结构模式，已经是非常老式的硬盘结构了。对于现在的新硬盘来说，都已经全部不采用这样的结构，而是采用了更為復杂、也更加科学的结构方式。


在老式硬盘中，采用的都是比较古老的CHS（Cylinder/Head/Sector）结构体系。因為很久以前，在硬盘的容量还非常小的时候，人们采用与软盘类似的结构生產硬盘。也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数，由此產生了所谓的3D参数（Disk
Geometry），即是磁头数（Heads）、柱面数（Cylinders）、扇区数（Sectors）以及相应的3D寻址方式。


其中：磁头数表示硬盘总共有几个磁头，也就是有几面盘片，最大為255（用8个二进制位存储）；柱面数表示硬盘每一面盘片上有几条磁道，最大為1023（用10个二进制位存储）；扇区数表示每一条磁道上有几个扇区，最大為63（用6个二进制位存储）；每个扇区一般是512个字节，理论上讲你可以取任何一个你喜欢的数值，但好像至今还没有发现取别的值的。


所以磁盘最大容量為：
255×1023×63×512/1048576＝8024MB（1M＝1048576Bytes）
或硬盘厂商常用的单位：
255×1023×63×512/1000000＝8414MB（1M＝1000000Bytes）

由于在老式硬盘的CHS结构体系中，每个磁道的扇区数相等，所以外道的记录密度要远低于内道，因此会浪费很多磁盘空间（软盘也是一样）。為了进一步提高硬盘容量，现在硬盘厂商都改用等密度结构生產硬盘。这也就是说，每个扇区的磁道长度相等，外圈磁道的扇区比内圈磁道多。采用这种结构后，硬盘不再具有实际的3D参数，寻址方式也改為线性寻址，即以扇区為单位进行寻址。而為了与使用3D寻址的老软件兼容（如使用BIOSInt13H接口的软件），厂商通常在硬盘控制器内部安装了一个地址翻译器，由它负责将老式3D参数翻译成新的线性参数。这也是為什麼现在硬盘的3D参数可以有多种选择的原因（不同的工作模式可以对应不同的3D参数，如LBA、LARGE、NORMAL）。而随著磁盘密度的增加、机构的进一步復杂、功能和速度上的提高，如今的硬盘都会在磁盘裡面划分出一个容量比较大的，称為“系统保留区”的区域，用来储存硬盘的各种信息、参数和控制程序，有的甚至把硬盘的Fireware也做到了系统保留区裡面（原来这些信息都是储存在硬盘控制电路板的芯片上的）。这样虽然可以进一步简化生產的流程，加快生產速度和降低生產成本，但是从另一方面，却又大大增加了硬盘出现致命性损坏的几率和缩短了硬盘的使用寿命。我十几年前的200MB硬盘和8年前的1.2GB硬盘到现在还用得非常好，别说是坏道，连运行时的声音都是没有的，但是到后来的4.3GB、6.4GB、10GB、20GB硬盘，都没有能用超过4年的，全部坏掉了。


硬盘损坏的种类

一般来说，硬盘的损坏按大类可以分為硬损坏和软损坏。

硬损坏包括磁头组件损坏、控制电路损坏、综合性损坏和扇区物理性损坏（一般人称之為物理坏道）四种。

●磁头组件损坏：主要指硬盘中磁头组件的某部分被损坏，造成部分或全部磁头无法正常读写的情况。磁头组件损坏的方式和可能性非常多，主要包括磁头脏、磁头磨损、磁头悬臂变形、磁线圈受损、移位等。


●控制电路损坏：是指硬盘的电子线路板中的某一部分线路断路或短路，或者某些电气元件或IC芯片损坏等等，导致硬盘在通电后盘片不能正常起转，或者起转后磁头不能正确寻道等。

●综合性损坏：主要是指因為一些微小的变化使硬盘產生的种种问题。有些是硬盘在使用过程中因為发热或者其他关系导致部分芯片老化；有些是硬盘在受到震动后，外壳或盘面或马达主轴產生了微小的变化或位移；有些是硬盘本身在设计方面就在散热、摩擦或结构上存在缺陷。种种的原因导致硬盘不稳定，经常丢数据或者出现逻辑错误，工作噪音大，读写速度慢，有时能正常工作但有时又不能正常工作等。


●扇区物理性损坏：是指因為碰撞、磁头摩擦或其他原因导致磁盘盘面出现的物理性损坏，譬如划伤、掉磁等。

软损坏包括磁道伺服信息出错、系统信息区出错和扇区逻辑错误（一般又被称為逻辑坏道）。

●磁道伺服信息出错：是指因為某个物理磁道的伺服信息受损或失效，导致该物理磁道无法被访问。
●系统信息区出错：是指硬盘的系统信息区（硬盘内部的一个系统保留区，裡面又分成若干模块，保存了许多硬盘出厂的参数、设置信息和内部控制程序）在通电自检时读不出某些模块的信息或者校验不正常，导致硬盘无法进入准备状态。

●扇区逻辑错误：是指因為校验错误（ECC错误和CRC错误）、扇区标志错误（IDNF错误）、地址信息错误（AMNF错误）、坏块标记错误（BBM）等原因导致该扇区失效。


一般来说，修復硬盘的软损坏是可能的，很多硬盘厂商发布的硬盘管理和维护软件（DM）都具备修復硬盘软损坏的能力。像扇区逻辑错误这样的问题，即使是一般的低级格式化软件，也是完全可以胜任的。不过在所有的软损坏当中，系统信息区出错属于比较难以修復的种类，因為即使是同一个厂商同一种型号的硬盘，系统信息区也不一定相同；而且硬盘厂商对于自己產品的系统信息区内容和读取的指令代码，一般是不公开的。但是对于IBM和曰立的硬盘用户来说就比较幸运了，曰立的DFT和IBM的DDD-SI软件对系统信息区出错还是有比较高的修復成功率的。这两个软件可是真真正正由硬盘的生產厂商发布的硬盘维修软件啊（DFT还是免费的），有非常强大的功能，效率和可靠性比起那些要价过万的第三方编写的软件都要高很多，可惜只对IBM和曰立的產品有效。


当然，如果仅仅是為了修復软损坏，一个原厂的DM软件就可以完成90％以上的任务了，根本不需要购买上万元的所谓专业软件，而现在HDD
Regenerator、MHDD、PC-3000和效率源等翟烩些软件，在宣传上就说明了他们所针对的不仅仅是软损坏，而且连硬损坏裡面的物理坏道甚至是一些IC的损坏都可以修復！


不能说他们这样的宣传很夸张，因為理论上这确实是可能的。我们的硬盘如果在质保期内坏了，交给厂家的话，他们同样要对这个硬盘进行维修。那麼，我们现在就很有必要了解一下厂家对硬盘的维修方法和过程，看看厂家是怎麼样维修的，跟纯粹的软件维修有没有什麼不同。


厂家维修硬盘的方法

这裡其实可以向大家先说明一点，即使是从厂家出来的全新硬盘，它们的盘片也不是一点瑕疵也没有的。由于磁盘的盘片比较精密，对于生產环境和移动都有非常高的要求，即使是一粒灰尘、一次很轻微的碰撞，都会產生从几个到数以百计的坏扇区。所以，一般地，按照现在硬盘120GB的容量，全新的盘片即使有几千个坏扇区也不是不可能的。只不过硬盘厂商会使用专门的设备去扫描盘片，把那些坏的扇区和磁介质不稳定的扇区都记录下来，做成一个硬盘缺陷列表，写进系统保留区，通过控制程序把这些扇区封闭起来，而硬盘的控制程序在读取硬盘的时候是不会读取这些区域的。现今的硬盘由于功能和参数復杂，写进系统保留区的信息非常多。这样，由于在底层控制的层面就已经把有问题的扇区封闭掉了，所以用户无论用什麼格式化和分区软件都不会看到这部分的信息，看起来就像真的完全没有坏道一样。同时，硬盘裡面还有另外一种封闭区域，又称為保留容量，它们其实是完全没有问题的好的盘面，但是因為某种原因被封闭起来了。譬如说一个硬盘是60GB，而磁碟的单碟容量為40GB，那麼由两片磁碟构成的硬盘就必须封闭掉20GB的容量（磁碟的生產线都是一定的，厂商為了降低成本，都只会生產一种容量的磁碟，通过封闭不同容量的区域来获得不同的实际硬盘容量）。