Ремонт жестких дисков
Прежде чем затрагивать логические разрушения, например, непреднамеренное форматирование или удаление файлов (обсуждению которых в основном и посвящена данная книга), рассмотрим методику восстановления данных после аппаратных отказов жестких дисков. Сделать это абсолютно необходимо, поскольку выполнение этих операций — это вопрос жизни и смерти вашего жесткого диска.
Введение
Объемы жестких дисков стремительно растут, а их надежность неуклонно падает. С одной стороны, поджимает плотность записи, с другой — конкуренция. Повсеместно применяются дешевые комплектующие и "сырые" технические решения, обкатывать которые приходится потребителям. Залог безопасности данных — ежедневное резервирование (тем более что современные съемные носители это позволяют). Однако, несмотря на это, даже продвинутые специалисты часто пренебрегают этой рекомендацией, ведь все "и так работает"…
После отказа винчестера данные практически всегда можно восстановить, если действовать по плану. Если же плана нет, от "врачевания" лучше сразу же отказаться. Неумелые попытки только затрудняют процедуру восстановления, а иногда и делают ее совершенно невозможной. Сотрудники сервис- центров настоятельно отговаривают пользователей от самостоятельного ремонта, а за ослушание карают либо удвоенной (утроенной) ценой, либо же отказываются от восстановления. И делают они это совсем не потому, что боятся, что клиент сможет обойтись без их помощи! Жесткие диски — очень сложные устройства. Это не радиоприемники или прочие бытовые устройства, которые часто можно отремонтировать и без специализированных знаний!
У работников сервисного центра есть специализированное оборудование, накопленные знания и опыт. Через их руки прошли десятки тысяч винчестеров, поэтому шансы на успешное восстановление данных здесь намного выше, чем у простого программиста или администратора, рыдающего над убитым диском. Это — теоретически. Практически же... Цена за восстановление зачастую переходит все границы, причем никаких гарантий на благоприятный исход все равно нет. Известно немало случаев, когда "кустари-одиночки" бесплатно восстанавливали винчестеры, угробленные "специалистами" сервис-центров. А для жителей глубинки никакие "центры" вообще не доступны, и им приходится рассчитывать только на себя.
В этой главе будет идти речь о восстановлении данных. Ремонт винчестеров (за исключением редких случаев) или невозможен, или экономически нецелесообразен. Нашей задачей будет временное восстановление работоспособности жесткого диска, достаточное лишь для копирования самых ценных данных, в идеале — всего диска целиком. Мы рассмотрим исключительно общие вопросы ремонта жестких дисков, а в подробности пошаговой методики диагностики вдаваться не будем. Это — чрезвычайно обширная тема, заслуживающая отдельной книги и, к тому же, требующая индивидуального подхода к каждой конкретной модели диска. Заинтересованных читателей, желающих изучить данную тему углубленно, можно отослать к документации, представленной на сайте АСЕ Lab (http://www.acelab.ru/products/pc/traning.html). Фрагменты этой документации доступны, в том числе, и незарегистрированным пользователям. Так что не будем повторяться. Основная цель данной главы — продемонстрировать, что ремонт жестких дисков возможен и в домашних условиях.
Внутреннее устройство жесткого диска
Блок-схема типичного жесткого диска представлена на рис. 4.1. Жесткий диск состоит из гермоблока и платы электроники. В гермоблоке расположены:
□ шпиндельный двигатель, вращающий пакет из одного или нескольких магнитных дисков;
□ блок магнитных головок (БМГ), который ранее управлялся шаговым электродвигателем, а теперь работает под управлением устройства, известного как "звуковая катушка" (voice coil);
□ предусилитель-коммутатор чтения/записи, смонтированный в микросхеме, расположенной либо непосредственно на БМГ, либо на отдельной плате рядом с ней. В последнем случае замена коммутатора возможна без съема БМГ, что существенно упрощает его ремонт.
Рис. 4.1. Блок-схема типичного жесткого диска
Плата электроники содержит:
□ контроллер шпиндельного двигателя и звуковой катушки, управляющий вращением пакета дисков и позиционированием головок;
□ канал чтения/записи;
□ микроконтроллер, являющийся, по сути, "сердцем" винчестера;
□ контроллер диска, отвечающий за обслуживание интерфейса ATA.
Принципы ремонта жестких дисков
Древние жесткие диски стоили дорого, использовали целую россыпь микросхем с низкой степенью интеграции и серийные комплектующие, над которыми еще имело смысл подолгу зависать с осциллографом, выискивая неисправный элемент. Но затем степень интеграции начала стремительно нарастать, производители перешли на заказные чипы, а цены на винчестеры упали. Ремонтировать электронику стало не только сложно, но еще и нерентабельно.
Основным способом возвращения работоспособности жесткому диску стала замена всей платы контроллера целиком. Для этой цели берется диск идентичной модели (донор), и плата переставляется на гермоблок с восстанавливаемыми данными (акцептор). Исключение составляет мелкий ремонт, наподобие замены перегоревшего предохранителя или транзистора, который можно выполнить непосредственно на теле "пациента".
Возникает вопрос — если ремонтники уже давно ничего не ремонтируют, а только тасуют платы, зачем же к ним обращаться и платить деньги, когда эту операцию можно проделать и самостоятельно? Однако в данном случае проще сказать, чем реально сделать.
Во-первых, необходимо найти подходящего донора. У разных моделей винчестеров совместимость плат электроники существенно различна. Некоторые из них требуют совпадения всех цифр в номере модели, а некоторые соглашаются работать и с "родственным" контроллером. Есть и такие модели, которые могут не работать даже при полном совпадении всех букв и цифр, и тогда приходится перебирать одного донора за другим в надежде найти подходящий. Особенности поведения каждой модели можно почерпнуть из документации, прилагаемой к PC-3000, или найти в Интернете. Поиски доноров серьезно осложняются тем, что период производства большинства винчестеров намного меньше их среднего срока существования. Компьютерные магазины постоянно обновляют свой ассортимент, и приобрести модель, аналогичную той, что вы купили несколько лет назад, скорее всего, не удастся. Остаются радиорынки и фирмы, торгующие подержанными комплектующими, но и здесь выбор невелик.
"Неродной" контроллер может повредить микросхему коммутатора/предусилителя, расположенную внутри гермоблока, и разрушить служебную информацию, что существенно затруднит дальнейший ремонт. Никогда не переставляйте платы, если у вас есть хотя бы тень сомнения в их совместимости!
Во-вторых, помимо электроники, на плате контроллера имеется микросхема ПЗУ, в которой могут быть записаны индивидуальные настройки. В этом случае с чужой платой винчестер работать просто не будет! Тут есть два пути. Если акцептор еще подает признаки жизни, с него считывается оригинальная прошивка, которая затем записывается на плату донора. Если этот вариант не срабатывает, приходится перепаивать непосредственно само ПЗУ.
В-третьих, даже если винчестер "заведется" с чужой платой, последовательность нумерации секторов может оказаться нарушена, и файловая система превратится в мусор. Если это случится, разгребать этот мусор придется вручную или с помощью специализированных программных комплексов. Лучшим среди этих комплексов является Data Extractor, входящий в комплект PC-3000, но также способный работать и отдельно от него со штатным контроллером IDE.
Вообще говоря, никаких экстраординарных способностей для ремонта не требуется, и он вполне по силам мастерам средней руки. Отказ электроники — это еще полбеды. Гораздо хуже, если испорчена часть служебной информации, записанной на магнитных пластинах (эта тема будет освещена более подробно далее в этой главе). Это может произойти по разным причинам, наиболее распространенными среди которых являются: ошибки в прошивке, сбои питания, отказ электроники, вибрация/удары, деформация гермоблока. При этом жесткий диск не инициализируется или выдает сообщение об ошибке в ответ на любую команду. Некоторые винчестеры автоматически переходят в технологический режим, предназначенный для записи служебной информации, которая может быть передана либо через стандартный интерфейс ATA, либо через COM-терминал.
В состав PC-3000 входит большая коллекция разнообразных служебных модулей для популярных моделей жестких дисков, а всем зарегистрированным пользователем предоставляется бесплатный доступ к FTP-серверу, на котором можно найти практически все, что угодно. Как вариант, можно воспользоваться специализированными утилитами, распространяемыми производителями винчестера, выбрав режим обновления прошивки. Важно отметить, что при этом обновляются далеко не все модули; более того, далеко не для всех моделей такие утилиты существуют. К тому же, этот способ восстановления бесполезен, если в служебной зоне имеются физические дефекты или если накопитель "зависает" еще на старте, отказываясь входить в технологический режим. На этот случай существует метод горячей замены (hot-swap). В этой процедуре также участвуют два накопителя — донор и акцептор, но трансплантация осуществляется на лету. Акцептор обесточивается, с него снимается плата электроники, обнажая гермоблок. Донор подключается к шлейфу IDE, на него подается питание, затем, после завершения процесса инициализации и выдачи сигнала готовности, отдается команда ATA
Sleep95hПри использовании штатного контроллера IDE необходимо заблаговременно отключить S.M.A.R.T, в настройках BIOS Setup, иначе винчестер будет производить запись протокола S.M.A.R.T, в служебную зону.
Требования к совместимости плат электроники — те же самые, что и в случае простой перестановки контроллера. В принципе, нет необходимости переставлять плату донора на акцептор. Можно взять плату акцептора, проинициализировать ее на гермоблоке донора, а затем вернуть обратно. Такой способ даже более предпочтителен, поскольку в этом случае акцептор будет работать со "своим" ПЗУ.
Ряд неисправностей требует вскрытия гермоблока и ювелирного мастерства рук. Первое место по частоте отказов занимает выход из строя одной или нескольких магнитных головок (рис. 4.2). Причиной может быть и заводской брак, и пробой электроники, и механическое воздействие (например, удар). Если головка остается физически неповрежденной, то одна из поверхностей перестает читаться, и тогда через каждые N секторов образуется BAD-сектор, где N — количество головок. Некоторые модели имеют 6 головок, некоторые — только одну, тогда при ее отказе диск становится полностью неработоспособным и не может прочитать даже служебную зону. Но и при отказе одной из шести головок информация превращается в труху. Все файлы, размер которых превышает 3 Кбайт (512×6), становятся "продырявленными". Что делать? Переставлять блок головок! Это очень сложная операция, и у начинающих мастеров в половине случаев она заканчивается фатально. Практиковаться на своем рабочем винчестере, который надо восстановить, категорически недопустимо! Сначала потренируйтесь на жестких дисках разной степени убитости, на которых нет ничего интересного.
Рис. 4.2. Блок магнитных головок с микросхемой коммутатора/предусилителя
Нам потребуется донор близкой модели. Точное совпадение всех цифр модели уже не обязательно, главное — чтобы БМГ был аналогичного типа. Некоторые диски паркуют головки за пределами внешней кромки магнитных пластин, некоторые — в специальной зоне близ центра шпинделя. Последний случай наиболее сложен. Ведь чтобы снять головки, их нужно протащить через всю поверхность, а допускать контакт головки с поверхностью нельзя, иначе магнитное покрытие будет разрушено!
Вооружившись тонкой полоской выгнутого и обезжиренного пластика, аккуратно заводим ее под каждую головку, так, чтобы пластик приподнимал головку над поверхностью, но сам ее не касался, и выводим головки за пределы внешний кромки. Чтобы головки не соприкасались и не царапали друг друга, между ними вставляется полоска полиэтилена, которую можно вырезать из антистатической упаковки жесткого диска (рис. 4.3). Заменяется только БМГ. "Родной" магнит звуковой катушки акцептора остается на месте. В зону парковки магнитные головки заводятся аналогичным образом, но в обратной последовательности. Остается лишь закрутить винт оси позиционера и надеть крышку на гермоблок. При включении винчестера практически наверняка раздастся жуткий звук, а скорость чтения упадет в десятки раз. Это — следствие работы с чужим БМГ, на "неродных" адаптивах. Подтягивая винты крышки, можно до некоторой степени выровнять график чтения. Долго в таком состоянии жесткий диск работать не может, поэтому необходимо как можно скорее приступать к вычитыванию поверхности, начиная с наиболее ценных данных. Более подробную информацию на эту тему можно найти в статье Сергея Казанского "Как я переставлял блок головок на Fujitsu MPG3409AH, чтобы спасти информацию. (Записки сумасшедшего ремонтника)": http://onehalf.pisem.net/stat/heads.html.
Рис. 4.3. Инструмент для перемещения БМГ, изготавливаемый из узкой полоски пластика (1), обжимаемого на разогретом металлическом стержне (2)
Некоторые жесткие диски содержат только одну магнитную головку, в случае отказа которой выгоднее переставлять саму пластину, как показано в уже упомянутом видеоматериале Сергея Яценко: http://pc3k.rsu.ru/video/video03_N40P_disk_swap.avi.
Также приходится сталкиваться и с "залипанием" магнитных головок, в прямом смысле слова прилипших к поверхности за счет сил межмолекулярного притяжения. Некоторые источники рекомендуют в этом случае просто крутануть диск в горизонтальном направлении, но польза от этого действия очень сомнительна, а вот вред оно может нанести немалый и зачастую непоправимый (например, повредить подвески головки с последующим фрезерованием магнитной поверхности). В этом случае лучше разобрать гермоблок и аккуратно приподнять головки с помощью уже знакомого нам куска изогнутого пластика, вернув их в зону парковки. Подробности — в статье Сергея Яценко: "Восстановление гермоблока IBM DJNA371350 после падения": http://www.acelab.ru/pcTechSupport/DOSvers/MFGFeature//IBM/VGPP.html (к сожалению, доступной только для зарегистрированных пользователей PC-3000).
Кроме того, встречаются случаи повреждения коммутатора/предусилителя или обрыва гибкого шлейфа. Если коммутатор/предусилитель расположен непосредственно на БМГ (особенно в микросхеме бескорпусного исполнения), то весь БМГ заменяется целиком по вышеописанной методике.
Звуковая катушка, в силу своей конструктивной простоты, не отказывает практически никогда (там просто нечему ломаться), но вот выводные провода обломаться могут. К счастью, их легко припаять.
Шпиндельный двигатель очень надежен и перегорает/замыкает обмотки только в исключительных случаях. Однако заклинивание гидродинамического подшипника — вполне распространенное явление. Если это происходит, то подшипник приходится расклинивать по методике, описанной в статье http://www.acelab.ru/pcTechSupport/DOSvers/TechDoc/Barracuda4.html (к сожалению, доступной только для зарегистрированных пользователей PC-3000).
Прошивка и адаптивы жесткого диска
Электроника диска — это только скелет. Без управляющих микропрограмм она работать не будет! Первые модели винчестеров хранили микропрограммы в ПЗУ, что создавало неудобства и накладывало определенные ограничения. Теперь же для этой цели используется сам жесткий диск! Разработчик резервирует некоторый объем дискового пространства и размещает в нем весь необходимый код и все необходимые данные. Эта информация организована в виде модулей (слабое подобие файловой системы) и управляется специализированной операционной системой. В ПЗУ остается лишь базовый код, своеобразный "фундамент" винчестера. Некоторые производители пошли еще дальше, убрав из ПЗУ все, кроме первичного загрузчика.
Само ПЗУ может быть расположено как внутри микроконтроллера, так и на отдельной микросхеме. Практически все винчестеры имеют микросхему FLASH-ROM, но не на всех моделях она распаяна. Если микросхема FLASH-ROM установлена, то микроконтроллер считывает прошивку из нее, если нет — обращается к своему внутреннему ПЗУ.
Часть модулей (и информации, находящейся в ПЗУ) одинакова для всей серии винчестеров. К ней, в первую очередь, относится совокупность управляющих микропрограмм. Эти модули полностью взаимозаменяемы, и один диск свободно может работать с модулем другого без каких-либо последствий.
Часть модулей (реже — информации из ПЗУ) готовится отдельно для каждой партии. Например, паспорт диска, описывающий его конфигурацию, указывает количество головок, физических секторов и цилиндров. В процессе инициализации микропроцессор опрашивает коммутатор и перечисляет головки. Если их количество не совпадает с указанным в паспорте, винчестер может "забастовать" и отказаться инициализироваться. Зачастую производители отключают некоторые головки из-за дефектов поверхности, неисправностей самых головок, или же по маркетинговым соображениям. Как следствие — образуются внешне очень похожие модели-близнецы, для которых непосредственная перестановка плат все же невозможна. В этом случае паспорт приходится корректировать, для чего опять-таки понадобится PC-3000. Однако, в принципе, подобрать донора с идентичным паспортом вполне возможно и без коррекции.
Основным источником неприятностей при ремонте являются модули (и, довольно часто, информация, прошитая в ПЗУ), которые уникальны для каждого экземпляра винчестера и настраиваются строго индивидуально. В частности, каждый жесткий диск имеет, как минимум, два списка дефектов — первичный список, или P-list (Primary list) и растущий список, или G-list (Growing list). В P-list заносятся номера дефектных секторов, обнаруженные еще на стадии заводского тестирования, a G-list формируется самим жестким диском в процессе его эксплуатации. Если запись в сектор происходит с ошибкой, сбойный сектор переназначается другим сектором, взятым из резервной области. Некоторые жесткие диски поддерживают список "подозрительных секторов": если сектор начинает читаться не с первого раза, он замещается, а информация о замещении сохраняется либо в отдельном списке, либо в G-list.
Все эти процессы протекают скрытно от пользователя. Специальный модуль, называемый транслятором, переводит физические адреса в номера логических блоков или виртуальные номера CHS (цилиндр-головка-сектор), и внешне нумерация секторов не нарушается. Все работает нормально до тех пор, пока P- или G-списки не оказываются разрушенными, или пока на гермоблок не устанавливается плата с чужими настройками. Если P/G-списки хранятся во FLASH-ROM (а часто так и бывает), файловая система оказывается полностью неработоспособной, ведь трансляция адресов нарушена! При этом, хотя на секторном уровне все читается нормально, становится совершенно непонятно, какой сектор какому файлу принадлежит.
К счастью, восстановить транслятор довольно просто, поскольку практически все файловые структуры (да и сами файлы) имеют характерные последовательности байт (сигнатуры). Для начала нужно очистить таблицы транслятора (сгенерировать пустые P/G-списки), в противном случае сектора, помеченные у донора как замещенные, не смогут быть прочитаны на акцепторе. Различные винчестеры имеют различное число замещенных секторов. В некоторых винчестерах замещенных секторов может не быть вообще, в то время как на других их количество может доходить до нескольких тысяч. Формат P/G-списков варьируется от одной модели к другой, и для работы с ним лучше всего применять PC-3000. В экстренных случаях, если в вашем распоряжении нет PC-3000, можно применить утилиты от производителей винчестера и дать команду ATA
unassignЗатем необходимо просканировать весь диск на предмет поиска характерных сигнатур и занести их "физические" адреса в список. Естественно, эти адреса не являются "физическими" в подлинном смысле этого слова. На самом деле они представляют собой логические адреса без переназначенных секторов.
На данном этапе, исследуя служебные структуры файловой системы (каталоги, MFT), мы определяем номера кластеров подчиненных структур. Переводим кластеры в сектора и создаем еще один список. В результате будет получено два списка, между которыми прослеживается четкая корреляция. Первый список как бы "растягивается" вдоль второго. Иными словами, каждый переназначенный сектор увеличивает расхождение между последующими "физическими" и логическими адресами на единицу. Проделав необходимые математические вычисления, можно рассчитать необходимую поправку и частично восстановить транслятор. Слово "частично" используется потому, что целевые адреса замещенных секторов остаются неизвестными, а это значит, что в восстанавливаемых данных образуются "дыры". Тем не менее, большая часть информации все же будет возвращена из небытия. Аппаратно-программный комплекс PC-3000 автоматически восстанавливает транслятор, используя довольно продвинутые алгоритмы, которые постоянно совершенствуются. Кстати, при желании утилиту для восстановления транслятора можно написать и самостоятельно, но для этого нужно быть настоящим профессионалом.
К сожалению, ни PC-3000, ни другие аппаратно-программные комплексы не всемогущи. Например, ни один из них не способен восстанавливать адаптивы. Адаптивы начали доминировать сравнительно недавно. До этого индивидуальные настройки диска сводились к высокоуровневым наслоениям, никак не препятствующим чтению информации на физическом уровне. Перестановка плат могла привести к невозможности работы с диском средствами операционной системы, но данные всегда было можно прочитать посекторно стандартными командами ATA или, на худой конец, на уровне физических адресов в технологическом режиме.
Но плотность информации неуклонно росла, нормативы допусков ужесточались, а это значит, что усложнялся и дорожал производственный цикл. В промышленных условиях невозможно изготовить два абсолютно одинаковых жестких диска. Справиться с неоднородностью магнитного покрытия, влекущего за собой непостоянство параметров сигнала головки в зависимости от угла поворота позиционера, чрезвычайно сложно. Таким образом, производитель должен выбрать один из перечисленных ниже путей.
1. Уменьшить плотность информации до той степени, при которой рассогласованиями можно пренебречь. Однако в этом случае для достижения той же емкости придется устанавливать в диск больше пластин, что удорожает конструкцию и вызывает новые проблемы.
2. Улучшить качество производства. Это хороший вариант, но при современном уровне развития науки, технологий и экономики он настолько нереален, что даже не обсуждается.
3. Индивидуально калибровать каждый жесткий диск, записывая на него так называемые адаптивные настройки. Именно этот вариант и был выбран производителями, что и привело к появлению адаптивов.
Состав и формат адаптивов меняется от модели к модели. В грубом приближении, в состав адаптивов входят: ток записи, усиление канала, профиль эквалайзера, напряжение смещения для каждой головки, таблица коррекции параметров каждой головки для каждой зоны и т.д., и т.п. Без своих "родных" адаптивов жесткий диск просто не будет работать! Даже если произойдет чудо, и "чужие" адаптивы все-таки подойдут (а чудес, как известно, не бывает), то информация будет считываться крайне медленно и с большим количеством ошибок. Подобрать адаптивы нереально, рассчитать их в "домашних" условиях — тоже. Но ведь как-то же эти адаптивы возникают? Чисто теоретически для заполнения таблицы адаптивов не нужно ничего, кроме самого винчестера, и некоторые модели жестких дисков даже содержат в прошивке специальную программу Self Scan, как раз и предназначенную для этих целей. Да, она действительно рассчитывает адаптивы, но… при этом уничтожает всю содержащуюся на жестком диске информацию, что делает ее непригодной для наших целей.
Адаптивы могут храниться как на самом диске в служебной зоне (и тогда смена плат проходит на ура, но не работает hot-swap), либо в микросхеме FLASH-ROM, которую перед заменой плат следует перепаять. Диски без адаптивов встречаются все реже и реже, можно сказать, что практически вообще не встречаются.
Часть II
