硬盘内部的秘密
2020-07-21 19:33:36
供稿：网友
作为存储部件，硬盘在整个电脑中的重要性是显而易见的。价格并不昂贵，但是从某种意义来说，蕴含其中的数据远远超过了硬盘本身的价值。对于喜欢升级的朋友，硬盘保留的时间也往往是最长的。然而，硬盘也几乎是最娇气的配件了，处理器的损坏带来的经济损失还能够接受；可是数据的丢失就让人痛苦异常了。那么，大家对硬盘了解多少呢？小编去找了国内的第一家硬盘维修、数据修复的金海硕公司（也是军方的西南涉密数据恢复中心），进行了相关咨询。
很少有朋友见过拆开后的硬盘吧（这样的硬盘也就报废了）。其实硬盘拆开后的样子有点像古老的唱机：电路板，盘面，磁头。工作的时候，磁头通过传动臂和传动轴以固定半径扫描盘片，以次读写数据。其中主轴又由轴承和马达组成。通常情况下，我们可以认为轴承决定噪音，而马达决定性能。
和常规想象的不同，磁头和盘片是非接触式的，并且距离很小（千万分之一米）。由于这个距离远远小于大量灰尘的直径。所以即使是一颗灰尘，也会带来难以估量的损失。因此，无论是硬盘的装配还是维修，都需要在无尘空间工作。同样，习惯了DIY的朋友，即使再手痒也要忍着拆盘的念头啊。
不仅仅是无尘，由于硬盘里面精密电路板的存在，在安装的时候都要用有机玻璃隔离来防止静电。最外层还要覆盖泡沫屏蔽层，以进一步防止静电和控制噪声，最后才是我们现在所看到的样子。
由于硬盘本身设计制造的因素，所以也就造成了硬盘的脆弱（相对而言）。碰撞，即使是轻微的碰撞也可能造成磁头和盘面的异常。同样的原因，温度异常所带来的影响也是致命的。至于突然关机等突发事件，带来的潜在损伤就更大了。
硬盘常见的问题并不多，最多的就是坏道。金海硕公司说他们接修的硬盘中有差不多50%都属于这种情况。按照普通人的习惯，坏道又被分为物理坏道和逻辑坏道两部分。前者是指因为碰撞、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。一般修复起来难度比较大。而后者包括磁道伺服信息出错、系统信息区出错和扇区逻辑错误。具体情况如下：磁道伺服信息出错：是指因为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，里面又分成若干模块，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：是指因为校验错误（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，修复硬盘的软损坏的可能性很大，很多硬盘厂商发布的硬盘管理和维护软件（DM）都具备修复硬盘软损坏的能力。而像扇区逻辑错误这样的问题，即使一般的低级格式化软件也完全可以胜任了。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复的种类，因为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产品的系统信息区内容和读取的指令代码，一般是不公开的。因此日常送修的硬盘中，大部分也属于这一类。
对效率源这种专业的维修厂家来说，修理软损坏自然不在话下，就是某些硬损坏也是完全可能修复的。这里面并没有水分，因为在理论上这也是确实是可能的。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。
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，对于生产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，都会产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复杂，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，所以用户无论用什么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，硬盘里面还有另外一种封闭区域，又称为保留容量，它们其实是完全没有问题的好的盘面，但是因为某种原因被封闭起来了。譬如说一个硬盘是60GB，而磁碟的单碟容量为40GB，那么由两片磁碟构成的硬盘就必须封闭掉20GB的容量（磁碟的生产线都是一定的，厂商为了降低成本，都只会生产一种容量的磁碟，通过封闭不同容量的区域来获得不同的实际硬盘容量）。
对于厂家和专业维修公司。控制电路、磁头等的损坏，就是应用最简单的替换法，换上新的零件就可以了。对于IC芯片的损坏，可以通过重写IC芯片的信息或者干脆替换IC芯片来修理。对于磁盘盘片的问题，情况就比较复杂。首先，他们会用专门的仪器设备对硬盘的磁碟表面按照实际的物理地址重新进行全面的扫描，检查出所有坏的、不稳定的扇区，形成一个新的硬盘缺陷列表，然后把它写进硬盘的系统信息区，替换掉原来旧的硬盘缺陷列表。然后调用内部低级格式化程序，对硬盘进行内部格式化。程序会根据新的系统信息区信息，重新对所有的磁道和扇区进行编号、清零，重写磁道伺服信息和扇区信息。经过这样的处理，返修的硬盘就又可以像新的硬盘一样了。
前段时间论坛里有帖子说是可以通过某些方式把硬盘里面的隐藏分区提取出来使用以达到增加硬盘大小的目的。这里面的被封闭区域和那些损坏的被封闭区域不一样，它们其实是完全没有问题的好的盘面。厂商的设备既然可以封闭新出现的坏扇区，当然也可以从被封闭的完好盘面上提取出相应的扇区容量来替代被封闭的坏扇区。现今的硬盘一般都有非常可观的保留容量，最少的也有好几个GB，大的可以达到20～30GB甚至更多。金海硕介绍说每个厂家的硬盘保留容量比例都不一样，不过具体大小不方便透露。对于提取隐藏分区使用，一般情况下都是可以的。对硬盘本身不会造成什么影响，但是一旦出了问题，多次返修便会造成极大了后患。
金海硕公司还介绍说，现在硬盘的维修项目中，分为单纯的盘体维修和数据恢复。前者比较容易，价格上也便宜的多。由于现在的硬盘维修和数据恢复也分为物理方式和光电方式两部分，前者价格便宜一些，可是消耗时间比较长，同时对硬盘寿命的影响比较大。如果维修费用超过了硬盘本身价值的一半，那么还不如买个新的。数据恢复的难度就大多了，通常可以分为纯软件恢复和软硬件结合恢复数据。前者的前提是硬盘还能够操作；而后者则通常需要专门的设备了，由于能够从物理坏道上面恢复数据，因此价格也相当昂贵，有时候为了修复一个硬盘的数据甚至需要从几个全新的硬盘下拆卸部件。
目前国际的最高水平是美国的“深层信号还原”，即使是被覆盖的数据、完全低格、全盘清零、强磁场破坏的硬盘，仍然可以恢复。。根据目前的资料，大概可以观察到4～5层，也就是说，即使一个数据被不同的其他数据重复覆盖4次，仍然有被“深层信号还原”设备读出来的可能性。当然，这样的操作成本无疑是非常高的，也只能用在国家安全级别的用途上，目前世界范围内也没有几个国家可以拥有这样的技术，只有极少数规模庞大的计算机公司和不计成本的政府机关能拥有这样级别的数据恢复设备，而且主要都是由美国人掌握，其价格已经远远不是普通人可以负担的了。对于西南地区顶尖技术的金海硕公司，他们能够做到的也就是对低格后未被覆盖的数据恢复。不过对于一般的朋友来说，这样已经够了，不是么？
