硬盘坏道修复原理及应用相关知识

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2024年3月12日发(作者：)

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硬盘坏道修复原理及应用相关知识

软件能够修复硬盘吗？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，因此这里就不再从头细细讲述了。只是要讲明白一点，到目前为

止，在很多文章、技术资料甚至教科书里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

采用了更为复杂、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。因为很久以前，在硬盘的容量还非常小的时候，人们采用与软盘类似的结

构生产硬盘。也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数，由此产生了所

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，最大为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，最大为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，最大为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。

所以磁盘最大容量为：

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）。为了进一步

提高硬盘容量，现在硬盘厂商都改用等密度结构生产硬盘。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，寻址方式也改为线性寻址，即以扇区为单位进行寻址。而

为了与使用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。这也是为什么现在硬盘的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）。而随着磁盘密度的

增加、机构的进一步复杂、功能和速度上的提高，如今的硬盘都会在磁盘里面划

分出一个容量比较大的，称为“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里面（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

产的流程，加快生产速度和降低生产成本，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为硬损坏和软损坏。

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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

般人称之为物理坏道）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：主要是指因为一些微小的变化使硬盘产生的种种问题。有些

是硬盘在使用过程中因为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产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。

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

称为逻辑坏道）。

●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）都具备修复硬盘软损坏的能力。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。但是对于IBM和日立的硬盘用户来说就比较

幸运了，日立的DFT和IBM的DDD-SI软件对系统信息区出错还是有比较高的修

复成功率的。这两个软件可是真真正正由硬盘的生产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和日立的产品有效。

当然，如果仅仅是为了修复软损坏，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和效率源等等这些软件，在宣传上就说明了他们所针对的不仅仅

是软损坏，而且连硬损坏里面的物理坏道甚至是一些IC的损坏都可以修复！

不能说他们这样的宣传很夸张，因为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。那么，我

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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，看看厂家是怎么样维

修的，跟纯粹的软件维修有没有什么不同。

厂家维修硬盘的方法

这里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）。

弄清楚了硬盘的生产原理，那么厂商如何维修硬盘就很好理解了。对于控制

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，厂商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。

有人可能会有疑问——既然有新的坏扇区加进系统保留区去了，那么硬盘的

容量应该减少才对啊。其实这是不必担心的，我们上面提到过有另外一种被封闭

区域，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。

那么，是不是返修过的硬盘跟新的硬盘是完全没有差别的呢？这里牵涉到一

个工艺学的问题——损伤的内敛性和发散性的区别，我打算留到后面说，这里先

说说那些第三方软件修复硬盘的原理。

[编注：拥有比其他同类软件更强大功能的PC-3000引发了国内论坛的强烈

争论，其中一部分人认为：不但普通的电脑用户可以修硬盘，而且业务稍与硬盘

相关的公司都可能打出硬盘修理的招牌，从而令硬盘修理行业重新大洗牌，最难

过的是那些依靠修理硬盘为生的专业人士，他们数年的经验优势在PC-3000面前

所剩无几！有人甚至认为“一款软件不可能支持整个产业，但PC-3000绝对可

以”。

本文标签： 硬盘损坏信息扇区软件