12. Диагностика неисправностей hdd и способы восстановления данных.

Краткое описание конструкции современных HDD

Накопитель на жестких магнитных дисках состоит из собственно магнитных дисков (1, 2, 3, иногда 4 диска), собранных в пакет и установленных на оси шпиндельного двигателя, блока головок чтения-записи, заключенных вместе с дисками в пыленепроницаемый корпус (гермоблок), и платы управления. Все выпускаемые HDD примерно с 1989-90 гг. имеют линейный (поворачивающийся вокруг оси под действием магнитного поля) привод блока головок. Такая конструкция позволяет достичь гораздо большей скорости позиционирования, чем дискретный механизм (с шаговым двигателем), но требует создания сервосистемы с обратной связью для определения фактического угла поворота позиционера. Поэтому позиционирование блока головок в HDD производится по записанной на диске сервоинформации. Подготовленная к работе поверхность диска содержит сервометки, служащие для позиционирования головок, так называемый низкоуровневый формат, включающий в себя разметку секторов с их адресами и идентификаторами, и логический формат операционной системы. Операционная система имеет доступ только к полям данных секторов, в которых и организует свою логическую структуру. На рабочих поверхностях накопителя организуется несколько тысяч "физических" цилиндров (цилиндром называется совокупность одинаково расположенных треков на всех поверхностях пакета дисков), разделенных на несколько зон с разным числом секторов на трек. При работе в обычном пользовательском режиме физический формат преобразуется контроллером в стандартизованный логический, с которым и работает BIOS компьютера и операционная система. Вся электронная часть HDD, за исключением микросхемы усилителя-коммутатора блока головок, расположена на плате электроники накопителя. Контроллер представляет собой специализированный микрокомпьютер, состоящий из управляющего процессора, ПЗУ (часто встроенного в процессор), ОЗУ, и микросхем для управления двигателем и катушкой позиционера, кодирования и декодирования данных, преобразования данных и сопряжения с внешним интерфейсом. Этот микрокомпьютер работает под управлением своего программного обеспечения, состоящего из нескольких модулей и образующего специализированную операционную систему. Рабочие программы контроллера хранятся частично в ПЗУ, а частично (во многих моделях HDD) - на дисках в специально отведенной для этого служебной области, недоступной для пользователя. Работа накопителя без загрузки этих программ в ОЗУ контроллера невозможна. На служебных цилиндрах хранится также другая необходимая для работы HDD информация (таблицы скрытых дефектов поверхностей и т.п.). Считывание информации из служебной зоны производится при начальной инициализации накопителя, а также по мере необходимости в процессе его работы. При выключении питания контроллер производит автоматическую парковку головок - перемещает их в специальную парковочную зону, не используемую для записи информации, где головки опускаются на поверхности дисков. Автоматическая парковка осуществляется за счет энергии вращения пакета дисков, при этом шпиндельный двигатель используется в качестве генератора.

Диагностика неисправностей HDD

Общий алгоритм первоначальной диагностики может быть примерно таким:

Подключить накопитель к кабелю питания, не подключая интерфейсный кабель. При включении питания должен быть слышен звук раскрутки шпиндельного двигателя, затем несколько секунд работы позиционера (инициализация, первоначальная калибровка), затем звук вращения дисков должен стать ровным, а светодиод выбора накопителя (если он есть) - погаснуть. Если все происходит именно так, то можно сразу переходить к пункту 2. Любое другое поведение накопителя говорит о возможной неисправности. Варианты этого поведения могут быть следующими:

а) Не происходит вообще ничего. Если двигатель не раскручивается при подаче питания (не издает совершенно никаких звуков), то это, скорее всего, означает неисправность платы электроники. Неисправными могут оказаться цепи питания, управления двигателем, а также любая из схем, связанных с управляющим процессором и микроконтроллером (процессор управляет кроме всего прочего запуском двигателя и стабилизацией скорости его вращения). Иногда неисправную деталь можно определить визуально - сгоревшая от перегрузки по напряжению или от перегрева микросхема может иметь вздутия и трещины. Подобное происходит чаще всего из-за неправильного подключения питания - перепутанных проводов 12 и 5 вольт или перегрузки по интерфейсному разъему при подключении накопителя "на ходу" (при включенном питании компьютера). Случаи неисправности шпиндельного двигателя (обрыва обмоток) крайне редки, но все же вероятность этого не нулевая. Убедиться в исправности обмоток двигателя можно, прозвонив их тестером на соответствующем разъеме. Сопротивление обмоток обычно составляет около 2-3 Ом.

б) Раскрутки дисков не происходит, но слышны попытки раскрутки (гудение). К подобному эффекту приводит залипание головок (особенно на старых накопителях). В этом случае можно попробовать несколько раз резко крутануть накопитель в плоскости дисков (держа его в руках и, естественно, отключив все кабели). Это может помочь "отлепить" головки. Правда, этот дефект может скоро появиться опять, и совсем избавиться от склонности к залипанию головок на старых винчестерах часто не удается. Механические узлы имеют свойство необратимо изнашиваться. В новых HDD подобное встречается, если по какой-либо причине не сработала автоматическая парковка или головки вышли из парковочной зоны по другой причине - например, от тряски при перевозке.

в) Двигатель раскручивается, затем слышно несколько щелчков, и двигатель останавливается. Возможные варианты:

Накопители Seagate: двигатель раскручивается, потом останавливается (без щелчков). И так много раз. Накопители Western Digital: двигатель раскручивается, и слышны частые равномерные удары позиционера об ограничитель (лучше сразу выключить, так как возможно повреждение головок и поверхностей дисков). HDD других изготовителей обычно раскручивают двигатель, затем слышно несколько щелчков, и двигатель останавливается. После этого может начать мигать светодиод (если он есть), сообщая код ошибки. Наиболее часто встречающиеся неисправности с таким проявлением - обрывы головок, концентрические царапины на дисках (следствие износа) а также неисправность микросхем канала чтения/записи (чаще всего из-за всякого рода замыканий, устраиваемых любителями копаться во включенном компьютере). Причина щелчков - удары хвостовика блока головок об ограничитель из-за отсутствия чтения, т.е. неисправности блока головок, канала чтения, или разрушения сервометок на диске: система позиционирования не может найти крайнюю внешнюю дорожку, на которой записан соответствующий идентификационный код, и после нескольких безуспешных попыток управляющий процессор останавливает двигатель

г) Двигатель раскручивается, затем слышен один или несколько негромких щелчков, после чего двигатель продолжает вращаться, но накопитель не выходит в состояние готовности (не гасит индикатор занятости и не реагирует на обращение с компьютера). Или в готовность выходит, светодиод гасит, но BIOS'ом не определяется и на команды не реагирует. Это означает, что управляющий процессор накопителя "зависает" из-за неправильного считывания находящихся на дисках служебных программ. Эти программы могут оказаться разрушенными как из-за каких-либо сбоев в работе винчестера (в том числе некорректных попыток низкоуровневого форматирования), так и из-за износа поверхностей служебных цилиндров.

д) Очень громкий и неприятный звук при раскрутке двигателя HDD (скрежет, свист, "вой" и т.п.). Либо неисправен сам двигатель, либо смещены диски (от удара), либо головки вышли за пределы поверхности диска из-за поломки ограничителей.

В описанных случаях накопитель явно неисправен, причем неисправность достаточно серьезна. В большинстве случаев справиться с такими неисправностями в домашних условиях невозможно. Более глубокая диагностика, а также ремонт обычно требуют наличия специального оборудования (осциллографа, комплекса РС3000 и т.д.). Локализовать неисправность (плата или гермоблок?) можно заменой платы электроники. Заменять плату можно только на точно такую же (той же модели и с той же прошивкой микропроцессора), если точно известно, что модели совместимы.

Подключить накопитель к компьютеру (единственным на первичный или вторичный контроллер). При правильном подключении интерфейсного кабеля винчестер должен проинициализироваться так же, как описано в п.1. Далее нужно запустить BIOS Setup и проверить автоопределение параметров HDD. После кратковременного мигания индикатора HDD (чтения паспорта диска по команде identify drive, см. описание стандарта АТА) в соответствующей строке должны появиться его параметры, соответствующие написанным на крышке гермоблока, или хотя бы более-менее правдоподобные. Если определяется что-то непонятное, наподобие "-97889 цилиндров, 0 головок, 256 секторов", или параметры не определяются вовсе, надо проверить все контакты и исправность сигнального кабеля. Очень часто плохие контакты наблюдаются в переходниках для подключения 2" накопителей. Такой переходник лучше сразу заменить на нормальный, так как добиться его надежной работы вряд ли удастся. Первый контакт 44-х контактного разъема IDE накопителей 2" форм-фактора - обычно тот, который ближе к паре джамперов master/slave, а первый контакт переходника - тот, что дальше от провода питания (вид со стороны платы HDD).

Если же все контакты надежны и исправны кабель и интерфейс со стороны компьютера, то неправильное определение параметров или отсутствие их определения означает обычно неисправность электроники накопителя (в частности, микросхемы микроконтроллера). К неправильной реакции на команды может также иногда привести частичное разрушение служебной информации, но вероятность такого случая достаточно низка. Исправный IDE винчестер, независимо от наличия на нем логического формата, должен быть доступен в системе как физическое устройство. Проверить это можно, например, утилитой Diskedit из NU, или тестом Checkit. Diskedit в режиме работы с физическим диском позволяет проверить чтение и запись данных (запись можно проверить заполнением различными кодами нескольких неиспользуемых секторов на 0 стороне 0 цилиндра), Checkit проверяет читаемость заголовков секторов (проверка низкоуровневого формата) и правильность контрольных сумм полей данных. Обычно HDD - устройства достаточно надежные, и в них редко появляются трудноуловимые и неявные дефекты. Если запись и чтение работают на всем дисковом пространстве, накопитель можно считать исправным. Проблему в этом случае надо искать в программном обеспечении или несовместимости каких-либо из присутствующих в системе устройств. Одна из наиболее распространенных и очевидных неисправностей HDD - появление дефекных участков магнитных поверхностей (bad blocks) - результат естественного износа или неаккуратного обращения. Обнаруживаются дефекты тестами наподобие Checkit, PcCheck и др. Hеобходимо помнить, что программы проверки файловой системы (Ndd, Scandisk) берут первоначальную информацию о дефектах поверхности из FAT, т.е. кластеры, обозначенные как bad в FAT (кодом F7FF), могут и не быть дефектными на самом деле, и наоборот. Задержки в работе, сопровождаемые щелчками и "повисанием" компьютера при обращении к HDD (при отсутствии явных дефектов поверхности) свидетельствуют о нестабильном чтении или записи на некоторых участках, т.е. о скором появлении bad blocks.

И еще одно замечание: одна из вероятных причин проблем в работе винчестера - плохой контакт в разъеме питания, а также некачественные блоки питания, не обеспечивающие необходимую стабильность питающих напряжений. Это особенно актуально для современных накопителей, которые представляют собой весьма точные и нежные электронно-механические устройства, и в то же время потребляют довольно большие токи, особенно в момент раскрутки пакета дисков. Нестабильность электропитания может привести к серьезным неисправностям. Поэтому проверка надежности контактов и стабильности питания должна быть первым шагом при диагностике проблем, связанных с HDD.

Восстановление данных с жесткого диска

Восстановление данных - это сложный и трудоемкий процесс.

Прежде всего необходимо определиться, в чем основное отличие понятий ремонт жесткого диска и восстановление данных.

Ремонт hdd - комплекс мер, направленных на восстановление жесткого диска, как устройства, включая проверку поверхности жесткого диска, скрытие дефектов, проверку магнитных головок по чтению и записи.

Восстановление информации - в этом случае все меры направлены на вычитывание данных и перенос их на другой носитель.

К каждой задаче по восстановлению информации необходимо подходить индивидуально, хотя многие задачи очень похожи по алгоритму. Как нет людей с одинаковыми отпечатками пальцев, так и не может быть накопителей, полностью совпадающих по всем параметрам.

В принципе, восстановление данных сводится к посекторному копированию данных с неисправного накопителя на исправный. Но, чтобы корректно вычитать нечитаемый сектор, необходимо подбирать режим копирования , индивидуальный для каждого конкретного носителя информации .

Основные проблемы, приводящие к потере данных на жестких дисках:

Сбой операционной системы ОС на жестком диске

В результате самых различных факторов: (сбой в работе компьютера; скачек напряжения; сбой самого жесткого диска; плохой контакт в интерфейсе накопителя) может произойти повреждение системной области жесткого диска. В данном варианте накопитель, как правило, исправен, но данные недоступны. В данном случае необходимо выяснить степень разрушения системной области hdd и НЕРАЗРУШАЮЩИМИ способами (исключив любую перезапись информации на жестком диске) восстановить данные.

Возможная опасность, если вы проводите восстановление информации своими силами:

Не зная реальной проблемы потери данных и используя простейшие программы OC (CHKDSK, SCANDISK), произведя перезапись на жестком диске, можно сделать восстановление данных НЕВОЗМОЖНЫМ. Если операционная система ОС не имеет корректного доступа до того места на жестком диске, где находится потерянная информация, она считает это место свободным для записи. И тестовая программа (CHKDSK , SCANDISK), сканируя поверхность накопителя, собирает "обрывки" файлов и директорий, которые она может увидеть и перезаписывает на, якобы, свободное место на жестком диске.

Разрушение магнитного слоя hdd (bad-сектора)

В сложных случаях, при значительных разрушениях магнитного слоя жесткого диска, при создании посекторной копии жесткого диска, приходится применять вычитывание в несколько приемов.

Во время первого цикла вычитывания данных игнорируются плохо читаемые сектора, либо блоки секторов жесткого диска. Это делается для того, чтобы hdd не "умер" раньше времени. После создания первоначального образа жесткого диска уже подбирается более углубленный режим чтения.

Выход из строя блока магнитных головок жесткого диска

В данном случае необходимо произвести замену БМГ (блока магнитных головок).

О необходимости данной операции говорит наличие нехарактерных звуков (стук позиционера магнитных головок).

После замены БМГ жесткий диск, обычно, не в состоянии работать с той же скоростью, как полностью исправный накопитель. Поэтому, необходимо установить режим "щадящего" чтения, используя технологию, описанную выше в разделе "Разрушение магнитного слоя hdd".

Что НЕ рекомендуется делать в случае поломки жесткого диска и необходимости восстановления данных :

• Запускать различные утилиты (CHKDISK, SCANDISK, NU, Partition Magic и т.п.), если вы не знаете причину неисправности HDD.

• Многократно включать / выключать жесткий диск, когда уже и так ясно, что он неисправен. Как следствие: жесткий диск может сорваться в стук, из которого уже не выйти.

• Переставлять контроллеры с других HDD на ваш неисправный жесткий диск, если вы не уверены, что такая операция возможна для данного типа накопителя и не приведет к окончательной потере данных.

• В случае частичной потери данных, оставлять жесткий диск работающим в системе, так как случайная запись, сделанная поверх пропавшей информации, приведет к её частичному или полному уничтожению. Это может сделать восстановление информации, необходимых пользователю, невозможным. (Даже, если вы уверены, что пишите в другое место.)

• Если информация не видна, система определяет это место на диске как свободное и доступное для записи.

• Разбирать HDD, тем более, вскрывать гермоблок. (на предмет наличия магнитных поверхностей или проверки, насколько они круглые)

• Самостоятельно перепаивать детали контроллера HDD, если вы на 100% не уверены, что причина в данном месте.

Вывод: Невозможно все задачи, связанные с восстановлением данных ставить в один ряд. Их можно разделить на группы: средние, сложные и очень сложные.

Наиболее распространенные причины, приводящие к потере и необходимости восстановления данных на жестком диске:

Причина выхода из строя жесткого диска	Возможность восстановления данных с HDD
Некорректная работа с логическими дисками HDD Достаточно часто встречающаяся проблема потери информации в случае некорректных действий пользователя при переразбиении логического пространства жесткого диска программами типа Partition Magic. Ситуация усугубляется наличием различных операционных систем на логических дисках накопителя HDD. Результатом является полная или частичная потеря данных на жестком диске. Восстановление данных чаще возможно.	да/нет
Снятие пароля с жесткого диска HDD Корректное снятие пароля с жесткого диска HDD подразумевает выполнение ряда технологических операций на специализированном оборудовании. В случае неквалифицированных действий пользователя при снятии пароля, происходит обнуление или порча модулей служебной зоны HDD, отвечающих за доступ к файлам.	да/нет
Плохой контакт в интерфейсе жесткого диска HDD Результатом плохого контакта в контроллере HDD является его нестабильная работа. HDD интерпретирует очередной сбой, как BAD-блок и заносит его в свою дополняемую таблицу дефектов. После заполнения этой таблицы и попытки записи очередного ошибочного сектора, работа жесткого диска будет невозможна. Доступ к информации возможен только на специализированном оборудовании.	да/нет
Проблемы при работе с дисками большой емкости Частой причиной потери данных при работе с жесткими дисками, емкостью более 128 Gb, является случайное отключение (либо некорректная работа) драйвера 48-bit поддержки. Одной из причин может быть инсталляция/удаление различного программного обеспечения. Следствие: неправильное определение объема жесткого диска системой (при этом становятся недоступными файлы, директории, или логические диски). Любые действия с таким HDD приводят к печальным последствиям - потере данных.	да/нет
Попытка самостоятельного восстановления HDD различными утилитами 1. Основной ошибкой пользователя, в данном варианте, является использование программ, предназначенных не для восстановления информации, а только для ремонта устройства. 2. Некоторые программы, предназначенные для восстановления данных, осуществляют сохранение информации на тот же носитель, откуда осуществляется вычитывание, что категорически недопустимо. 3. Еще одной ошибкой является использование для восстановления файлов специализированных утилит, предназначенных только для конкретной модели жесткого диска.	да/нет
Недостаточная мощность блока питания компьютера В связи с быстрым развитием компьютерной техники, резко возросло энергопотребление компьютеров. Подключение DVD-RW, дополнительных жестких дисков HDD, мощных видеокарт, повышает нагрузку на блок питания компьютера. Максимальная нагрузка на блок питания приходится на момент старта компьютера. В случае недостаточной мощности, возникает пульсация выходного напряжения блока питания, что приводит к возникновению помех на информативных шинах контроллера. Как следствие: неправильная работа HDD в целом, что может привести к потере данных пользователя и порче служебной информации самого накопителя.	да/нет