硬件有价数据无价 硬盘开盘维修内幕大曝光

前言:“硬盘有价,数据无价”这句深入人心的口号套用在数据恢复领域便是巨大的市场潜力。特别是对于企业来说,数据的损失可能会带来灾难性的后果。因此,不惜一切代价拯救数据的观点就源源不断地为数据恢复行业贡献利润。以高端市场为例,RAID磁盘阵列单盘报价普遍在3000元左右,大型企业往往使用20~40个硬盘组成RAID磁盘阵列,一旦出现数据危机,其修复价格可以高达10万元甚至更多。


  平心而论,国内的数据恢复市场刚刚起步,普通用户对数据恢复并不怎么了解,即使是众多的电脑高手也只是停留在软件修复的层次上,真正的复杂的数据恢复是涉及到较高技术含量的操作的,而数据恢复行业一直以来都是披着一层神秘的面纱,无尘操作环境也让普通用户敬而远之。













国内首次深入报道硬盘开盘操作





无尘操作环境



  如果说入门级软件修复技术难度一般,RAID高端修复普通用户并不关注,那么涉及硬盘开盘数据恢复的操作则是很多读者最迫切想了解的内幕信息。为此,我们PConline DIY配件栏目深入调查了数据恢复行业的情况,精心准备了一系列的有关数据恢复的内幕资料。今天此文章就为大家展示神秘的硬盘开盘恢复数据操作,让读者不仅能了解到数据恢复行业的不可多得的情况,同时也可以掌握一些硬盘的内部知识。在这里感谢飞客数据恢复中心提供技术支持。(声明:本文图片由飞客数据恢复中心提供,未经许可请勿转载,有疑问请发信至编辑邮箱)


  一、入门必备知识:了解硬盘结构


在了解硬盘开盘数据恢复的方法之前,我们必须对硬盘的整体物理结构有充分的认识。作为精密度较高的配件,硬盘的外部结构还是比较简单,真正的高科技含量在于其盘体内部。



了解硬盘结构


  1. 硬盘的外部结构


硬盘的外部结构并不复杂,主要由电源接口、数据接口、控制电路板构成。对于IDE硬盘、Serial-ATA硬盘以及SCSI硬盘而言,其外部结构略有差别,这些相信一般电脑用户都基本了解。


电源数据接口


电源接口用于连接主机的电源,为硬盘工作提供电力。一般而言,硬盘采用最为常见的4针D形电源接口。新的Serial-ATA硬盘使用易于插拔的SATA专用电源接口代替。这种接口有15个插针,但其宽度与以前的电源接口相当。硬盘控制器厂商如Silicon、Promise等以及主板厂商都在其产品包装中提供了必备的电源转接线,此时依旧可以使用4针D形电源接口。从未来的发展趋势来看,今后能够直接扩展出Serial-ATA硬盘电源接口线的ATX电源将会越来越普及。



电源数据接口


数据接口是用于连接主板上的南桥芯片或者其它独立的磁盘控制器芯片。以往的IDE老式硬盘采用普通40pin数据线,然而为了提高硬盘的传输性能,各大硬盘厂商联合推出了Ultra DMA传输模式,也就是我们常说的ATA66/100/133硬盘传输模式。因为这种模式下数据信号的传输量增大,所以就得保障信号传输的准确性。为了提高IDE数据线的电气性能,我们原来使用的40pin的IDE数据线数量增加到80pin,其中40pin用于信号的传输,另外40pin则是地线,用来有效地屏蔽杂波信号。


与IDE硬盘相比,SCSI硬盘的接口复杂一些,可以大致分为68针接口和80针接口,其中前者可以直接使用SCSI控制卡来连接,而80针接口的产品则必须使用LVD转接头。需要注意的是,LVD转接头和SCSI数据线的质量很大程度上决定SCSI硬盘的性能发挥,质量不佳的转接头会折损性能。此外,SCSI硬盘在安装时不需要设计类似IDE硬盘的主从概念,而是通过ID号来区别。



电源数据接口


在所有的硬盘中,Serial-ATA硬盘的数据线连接是最为简单的,因为它采用了点对点连接方式,即每个Serial-ATA线缆(或通道)只能连接一块硬盘,不必像IDE硬盘那样设置主从跳线了。Serial-ATA数据线占据的空间很小,同时SATA硬盘能提高外部接口传输率,这些优点令SATA硬盘将会取代桌面IDE硬盘。

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控制电路板


控制电路板一般裸露在硬盘下表面(以利于散热)。不过也有少数硬盘将其完全封闭以更好地保护各种控制芯片,同时还能降低噪音。硬盘的控制电路板由主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写控制电路、控制与接口电路等构成。此外,还有一块高效的单片机ROM芯片用来固化软件,用于对硬盘进行初始化,执行加电和启动主轴电机,加电初始寻道、定位以及故障检测等。当然,高速缓存也是控制电路板上不可或缺的,一般具备2~8MB SDRAM。



控制电路板


在硬盘控制电路板中,读写控制电路是最为重要的,它主要有两个作用:首先是负责将二进制码转换成模拟信号。当数据信息需要写入时,由中心处理系统传向磁头的是代表数据的二进制码,这个电路是这些二进制码的必经之路,其责任是将经过这里的二进制码转换为能够改变电流大小的模拟信号,并传向磁头;其次是负责将模拟信号转换成二进制码并放大信号。当读取数据时磁头从盘片获得的是由磁场而产生的电流,电流在向中心处理系统传输时,也必须经过前置放大电路,此时这个电路的工作是将代表模拟信号的电流转变为中心处理系统能够识别的二进制码,并将微弱的信号放大。


2.硬盘的内部结构


尽管在外部结构方面,各种硬盘之间有着一定的区别,但是其内部结构是基本相同的,毕竟硬盘的本质工作方式不会改变。打开硬盘外壳之后,我们也就能够看到神秘的内部世界,其核心部分包括盘体、主轴电机、读写磁头、寻道电机等主要部件。不过需要提醒大家的是,千万不要在普通环境下随意打开硬盘的外壳,因为硬盘的内部盘面不能沾染上灰尘,否则立即报废。



硬盘的内部结构


盘体


盘体从物理的角度分为磁面(Side)、磁道(Track)、柱面(Cylinder)与扇区(Sector)等4个结构。磁面也就是组成盘体各盘片的上下两个盘面,第一个盘片的第一面为0磁面,下一个为1磁面;第二个盘片的第一面为2磁面,以此类推……。磁道也就是在格式化磁盘时盘片上被划分出来的许多同心圆。最外层的磁道为0道,并向着磁面中心增长。其中,在最靠近中心的部分不记录数据,称为着陆区(Landing Zone),是硬盘每次启动或关闭时,磁头起飞和停止的位置。所有盘片上半径相同的磁道构成一个圆筒,称其为柱面。柱面可用以计算逻辑盘的容量。



盘体


扇区是磁盘存取数据的最基本单位,也就是将每个磁道等分后相邻两个半径之间的区域,这样不难理解每个磁道包含的扇区数目相等,扇区的起始处包含了扇区的唯一地址标识ID,扇区与扇区之间以空隙隔开,便于操作系统识别。事实上,硬盘的盘体结构与大家熟悉的软盘非常类似。只不过其盘片是由多个重叠在一起并由垫圈隔开的盘片组成,而且盘片采用金属圆片(IBM曾经采用玻璃作为材料),表面极为平整光滑,并涂有磁性物质。


读写磁头组件


读写磁头组件由读写磁头、传动手臂、传动轴三部分组成。在具体工作时,磁头通过传动手臂和传动轴以固定半径扫描盘片,以此来读写数据。磁头是集成工艺制成的多个磁头的组合,采用非接触式结构。硬盘加电后,读写磁头在高速旋转的磁盘表面飞行,飞高间隙只有0.1~0.3μm,可以获得极高的数据传输率。新型MR(Magnetoresistive heads) 磁阻磁头采用读写分离的磁头结构,写操作时使用传统的磁感应磁头,读操作则采用MR磁头。



读写磁头组件


自从1973年IBM发明了Winchester(温彻斯特)硬盘以来,至今的近30年时间里,硬盘的核心机械结构部份的基本原理始终没有脱离“温彻斯特”模式。“温彻斯特”模式的精髓是在密封、固定并高速旋转的镀磁盘片的每个存储面上有一个沿盘片径向移动的磁头。客观而言,这种模式严重阻碍了硬盘速度提升,但是要将其改变并不容易,至少现今的主流硬盘还没有跨出第一步。或许未来会出现多磁头的硬盘技术,通过有多个独立磁头协调工作,会使磁头寻道时间几乎完全相互抵消,磁头读写数据块的持续时间也会部分抵消。当一个磁头读写一段时,另一个磁头进行下一段的寻道过程,找到后可立即进行读写操作,或者进入读写操作的预备状态,等待前一个磁头完成前一段后立即接替作业。乐观估计,这项技术需要在5年后才会进入实质性应用阶段。

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磁头驱动机构


对于硬盘而言,磁头驱动机构就好比是一个指挥官,它控制磁头的读写,直接为传动手臂与传动轴传送指令。磁头驱动机构主要由音圈电机、磁头驱动小车和防震动机构组成。磁头驱动机构对磁头进行正确的驱动,在很短的时间内精确定位到系统指令指定的磁道上,保证数据读写的可靠性。



磁头驱动机构


一般而言,磁头机构的电机有步进电机、力矩电机和音圈电机三种,现在硬盘多采用音圈电机驱动。音圈是中间插有与磁头相连的磁棒的的线圈,当电流通过线圈时,磁棒就会发生位移,进而驱动装载磁头的小车,并根据控制器在盘面上磁头位置的信息编码来得到磁头移动的距离,达到准确定位的目的。值得注意的是,如果磁头驱动机构设计不良,很容易造成盘体划伤或者出现坏道。先进的磁头驱动机构应当有效优化读取方式,提供性能,并且针对突然停电、剧烈外部冲击等不可知情况作出相应的判断与及时妥当的处理。


主轴组件


硬盘的主轴组件主要是轴承和马达,我们可以笼统地认为轴承决定一款硬盘的噪音表现,而马达决定性能。当然,这样说并不完全正确,但是基本上表达了这两项内容在硬盘中的重要地位。从滚珠轴承到油浸轴承再到液态轴承,硬盘轴承处于不断的改良当中,目前液态轴承已经成为绝对的主流市场,得到Segate、Matrox、WDIBM、SUNSUNG等众多厂商的支持。由于采用液体作为轴承,所以金属之间不直接摩擦,这样一来除了延长了主轴点解的寿命、减少发热之外,最重要一点是实现了硬盘噪声控制的突破。不过需要指出的是,采用液态轴承对于性能并没有任何好处,甚至反而会延长寻道时间,似乎噪音与性能是一对永远难以平衡的矛盾。


至于马达,其直观理解就是磁头转动的速度,速度越高,扫过的盘体面积越大,因而读写速度也能相应提高。目前主流IDE硬盘以及Serial-ATA硬盘的转速为7200RPM,而少数低端IDE硬盘以及笔记本硬盘只有5400RPM和4200RPM。相对而言,SCSI硬盘的转速要高得多,10000RPM似乎已经是入门级产品,主流产品维持在15000RPM。


  二、开盘操作与超净间:走出宣传误区


当遇到磁头故障或者盘片划伤时,一般都需要开盘进行数据恢复。这项操作不仅要求较高的技术,更需要洁净的环境,因为硬盘中的磁盘一旦暴露在空气中就会接触到致命的灰尘,从而导致数据报废。但是令人不曾料想的是,一些不太正规的中小数据恢复公司正在利用客户的知识盲点大做文章,一般客户对洁净间的专业性和数字概念知之甚少,于是洁净间就成为他们最卖力的宣传热点。


  其实,不同的领域对于数字所表示的等级概念是完全不同的。然而数据恢复行业正存在概念上的模糊与宣传的误导,直接催化了“超净间神话”的诞生。突出的误区之一便是对“百级”、“千级”、“万级”的等级内涵一无所知,甚至于颠倒了等级次序。 根据中华人民共和国国家标准GBJ73—84,《洁净厂房设计规范》(下面简称《规范》)明确规定了空气洁净度的四个等级(洁净度即指洁净环境中空气含尘粒多少的程度),并制作了相应表格以示划分之标准:

























等级 每立方米(每升)空气中≥0.5微米尘粒数 每立方米(每升)空气中≥5微米尘粒数
100级 ≤35×100(3.5)  
1000级 ≤35×1000(35) ≤250(0.25)
10000级 ≤35×10000(350) ≤2500(2.5)
100000级 ≤35×100000(3500) ≤25000(25)

空气洁净度的四个等级

 这是依据美国联邦标准209E中洁净室等级标准换算出来的,每一等级都对每立方米空气中直径大于等于0.5um 的灰尘粒的数量有严格的规定。《规范》还详加注明:“对于空气洁净度为100级的洁净室内大于等于5微米尘粒的计数,应进行多次采样,当其多次出现时,方可认为该测试数值是可靠的。”硬盘的工作环境要求是10级,这几乎达到了最理想状态下的无尘,也是普通工作环境所不可能做到的,更是任何民用资金都无法实现的。然而从现实角度来看,100级还是可行的,毕竟数据恢复过程只需要短时间,暂时不会造成很大的影响。只不过100级洁净间的资金投入相当大,几乎绝大部分数据恢复服务商都不具备这样的实力。

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实力较小的服务商可能会选择1000级洁净间,此时已经严重影响了效果。然而更为惊人的是,部分服务商甚至采用万级洁净间,这对于硬盘实在是巨大的伤害,很可能导致原本有希望恢复的数据付之一炬。客户的数据价值连城,究竟是什么使得这些实力欠缺的公司如此大胆呢?数据恢复就像扑点球一样:扑住了便是大功一件,失败也有种种理由推卸责任。的确,数据恢复的特殊性使得服务商无需在失败之后承担过多责任,甚至还像外科手术那样事先填好了服务单,其中也包括对失败情况的预计。在这种情况下,部分服务商自然也就有持无恐,大胆练手之后客户的数据很容易遭到二次破坏,使得最终的故障情况雪上加霜。


  三、鲜为人知的数据恢复操作:硬盘开盘操作全程报道


根据我们上述对硬盘结构的介绍,大家应该很清楚所有的数据其实保存在盘体内的盘片上。简单而言,如果外围设备存在硬件故障,那么只要打开盘体之后,将损坏的部件更换(常见损坏部件为磁头和电机)就有可能解决问题。此外,将盘片取下后通过各种方式来读取数据也是可行的方案,只是其操作难度更大。首先,开盘操作一定要在超净间进行。



超净间


毫无疑问,没有超净间就根本谈不上开盘恢复数据,因为硬盘的内部盘体无法暴露在低洁净度的环境下,这是任何正规数据恢复服务商都不可节省的投资。



100级超净间


在进入超净间之前,工程师必须穿洁净服。工程师此前还得在风室内吹走身上的灰尘,这样才能保证进入超净间后不会降低其洁净度。为了确保在接触硬盘时的安全,工程师还得佩带专用的洁净手套。



必须穿洁净服



佩带专用的洁净手套


使用专用的六角螺丝刀打开硬盘之后,我们就可以清晰看到其内部结构,这部分内容我们在先前的段落中已经详细介绍过。一般而言,最常见的硬件故障便是其磁头损坏,此时需要工程师以精巧的手工将完好的磁头更换上去。



使用专用的六角螺丝刀


在整个硬盘结构中,磁头的精密度非常高,一般出现故障后也难以修复。当遇到硬盘因为磁头故障而无法读取数据时,可以直接将相同品牌与型号(严格要求版本号一致)硬盘的磁头更换上去。这样的操作方法可能将另外一个完好的硬盘报废,但是对于无价的数据而言,几百元的硬盘备件费是很多客户都能够承受的。工程师在打开盘体之后,还需要将压住磁头驱动臂的磁铁和盖片打开,这一步也是需要用力柔和。



维修过程



维修过程


表面看起来操作好像并不复杂,但是具体实施过程中难度极高,而且要求工程师有着丰富的经验。更换磁头可谓是最惊心动魄的步骤,这不仅是技巧方面的要求,还要凭借经验操作。不同硬盘所内置的盘片数量和磁头复杂度都不一样,部分型号的操作难度非常大。工程师在更换磁头时万万不能触及盘片,而且更换上其它磁头时也需要调整好位置。在整个操作过程中,更换磁头非常讲究巧劲,特别是在安装的时候,必须控制得恰到好处。



维修过程



维修过程


  更换完磁头后,再按照以上的操作逆向进行就可以封装好硬盘了。至此,以更换磁头作为开盘操作的示例就到结束了。根据飞客数据恢复中心的工程师表示,目前硬件故障中几乎有90%集中于磁头故障,此时都需要进行洁净间操作而且对于工程师的技术性要求非常高。而且,在更换磁头时,磁头与盘片的距离控制也不仅仅是完全凭借经验,一些大型数据恢复服务商已经针对每个品牌与型号的硬盘磁头开发一一对应的监控软件,确保更换磁头的成功率。


  当然了,硬盘故障是多种多样的,例如如果遇到电机故障,就需要使用专业的起盘机将盘片提取,然后使用其它盘体环境来读取数据。