数据恢复及硬盘概述PPT课件VIP

课程内容 1 数据恢复概论2 硬盘物理结构3 windows操作系统文件结构4 常见问题修复5 文档修复6 数据恢复常用软件介绍7 实验 数据恢复概论 数据恢复涵义常见系统保护方式硬盘基本知识 数据存储介质 电存储技术 电存储技术主要是指半导体存储器SCM 根据其工作方式不同 可分为随机存储器 RAM 与只读存储器 ROM 数据存储介质 随机存储器 RAM 静态RAM动态RAM只读存储器 ROM 掩模式ROM 厂家做好内容后不能更改 可编程ROM 用户只能写入一次 写入后不能在更改可擦写PROM 通常工作时只能读取信息 但可以用紫外线擦除以有信息 并在专用设备上高压写入信息 电擦写PROM 用户可以通过程序的控制进行读写操作 我们常说的 FLASH 闪存 数据存储介质 讨论 日常生活中存在哪些利用电存储技术的存储芯片 举例说明 数据存储介质 磁存储技术磁存储主要是指磁表面存储器MSM 磁表面存储器是用非磁性金属或塑料做基体 在起表面涂敷 电镀 沉积或溅射一层很薄的高导磁率 硬矩磁材料的磁面 用磁层的两种剩磁状态记录信息 0 和 1 基体和磁层合称为磁记录介质 依记录介质的形状可分别称为 磁卡存储器磁带存储器磁鼓存储器磁盘存储器 数据存储介质 光存储技术目前我们所能接触的光存储设备有 CD ROM只读光盘 CD R允许用户自己写一次的CD CD RW多次读写光盘 采用CD R的格式 MO永磁光盘 可以重复读写 数据保存长达100年 相应的DVD产品可以视为CD的后代 数据存储介质 各种存储技术的速度比较电存储 磁存储 光存储 数据恢复技术总论 数据的内涵我们在这里所说的数据 只指计算机数据 数据 是一个广泛的概念 包括了计算机文件系统和数据库系统中存储的各种数据 正文 图形 声音 还包括存放或管理这些信息的硬件信息 如计算机硬件及其网络地址 网络结构 网络服务等 数据恢复技术总论 数据恢复的定义 数据恢复就是把遭受破坏 或由硬件缺陷导致不可访问 或者不可获得 或者由于误操作等各种原因导致丢失的数据还原成正常的数据 数据出现问题主要包括两大类 即逻辑问题与硬件问题 相应的恢复也分别称为软恢复和硬恢复 软恢复 指一切可以通过 软 的方式进行的恢复 不涉及硬件修理的数据恢复 如病毒感染 误格式化 误删除 等等 硬恢复 涉及硬件修理 由硬件损坏或者失效造成的数据恢复 如磁道损坏 磁盘划伤 磁组损坏 电路板芯片等等 数据恢复技术总论 数据恢复的服务范围不能进入系统磁盘出现坏道分区丢失文件丢失密码丢失文档不能打开 或打开后是乱码 数据恢复技术总论 数据恢复的一般原则备份当前尚能正常工作的驱动器上的所有数据 将损坏的硬盘拿到正常的相同的操作系统下 如果条件允许 取下该硬盘 安装一个新的硬盘 在重新挂上坏硬盘之前对硬盘分区格式化 并确信立即更改CMOS设置 调查使用者 了解详细情况 如果可能 备份所有扇区 准备扇区编辑工具 如WinHex等 尽可能得到使用者的关键文件信息 数据恢复技术总论 硬盘数据恢复与硬盘修理的区别与联系 数据恢复技术总论 硬盘的修理与数据恢复的比较 专业的硬盘维修设备 数据恢复技术总论 硬盘数据的保护方式操作系统提供的系统还原功能随机赠送的系统恢复光盘GHOST杀毒软件提供的系统备份硬盘保护卡主板BIOS内置的系统保护虚拟还原工具软件硬盘保护与数据恢复重点 随机赠送的系统恢复光盘 GHOST 虚拟还原工具软件 硬盘保护卡 数据恢复技术总论 软件界面 数据恢复技术总论 软件界面 硬盘基础知识 常见的硬盘品牌希捷迈拓西部数据三星IBM富士通现在常见的是前面五种品牌 硬盘基础知识 常见的硬盘类型PATA IDE SATASCSISCSI的英文名称是 SmallComputerSystemInterface 中文翻译为 小型计算机系统专用接口 顾名思义 这是为了小型计算机设计的扩充接口 它可以让计算机加装其他外设设备以提高系统性能或增加新的功能 例如硬盘 光驱 扫描仪等 硬盘基础知识 硬盘结构 硬盘基础知识 硬盘结构 硬盘基础知识 硬盘外部结构硬盘是一个集机 电 磁于一体的高精度系统 硬盘基础知识 硬盘产品标签 硬盘基础知识 硬盘产品标签 硬盘基础知识 硬盘电路板部分 硬盘基础知识 硬盘内部结构硬盘内部结构由固定面板 控制电路和板 磁头 盘片 主轴 电机 接口及其它附件组成其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心 它封装在盘的净化腔体内 包括有浮动磁头组件 磁头驱动机构 盘片 主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部份 如下图 硬盘基础知识 硬盘内部结构 硬盘基础知识 细看硬盘内部结构 硬盘基础知识 磁头组件 这个组件是硬盘中最精密的部位之一 它由读写磁头 传动手臂 传动轴三部份组成 磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环 实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合 它采用了非接触式头 盘结构 加后电在高速旋转的磁盘表面移动 与盘片之间的间隙只有0 1 0 3um 这样可以获得很好的数据传输率 现在转速为7200RPM的硬盘飞高一般都低于0 3um 以利于读取较大的高信噪比信号 提供数据传输率的可靠性 硬盘基础知识 硬盘的工作原理 它是利用特定的磁粒子的极性来记录数据 磁头在读取数据时 将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号 再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据 写的操作正好与此相反 从下图中我们也可以看出 西数WD200BB硬盘采用单碟双磁头设计 但该磁头组件却能支持四个磁头 注意其中有两个磁头传动手臂没有安装磁头 硬盘基础知识 硬盘磁头及附属组件 硬盘基础知识 磁头驱动机构 盘硬的寻道是靠移动磁头 而移动磁头则需要该机构驱动才能实现 磁头驱动机构由电磁线圈电机 磁头驱动小车 防震动装置构成 高精度的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位 并能在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道 硬盘基础知识 其中电磁线圈电机包含着一块永久磁铁 这是磁头驱动机构对传动手臂起作用的关键 磁铁的吸引力足起吸住并吊起拆硬盘使用的螺丝刀 防震动装置在老硬盘中没有 它的作用是当硬盘受动强裂震动时 对磁头及盘片起到一定的保护使用 以避免磁头将盘片刮伤等情况的发生 这也是为什么旧硬盘的防震能力比现在新硬盘差多的缘故 硬盘基础知识 硬盘基础知识 磁盘片 盘片是硬盘存储数据的载体 现在硬盘盘片大多采用金属薄膜材料 这种金属薄膜较软盘的不连续颗粒载体具有更高的存储密度 高剩磁及高矫顽力等优点 另外 IBM还有一种被称为 玻璃盘片 的材料作为盘片基质 玻璃盘片比普通盘片在运行时具有更好的稳定性 从下图可以发现 硬盘盘片是完全平整的 可以当镜子使用 硬盘基础知识 硬盘基础知识 主轴组件 主轴组件包括主轴部件如轴承和驱动电机等 随着硬盘容量的扩大和速度的提高 主轴电机的速度也在不断提升 有厂商开始采用精密机械工业的液态轴承电机技术 FDB 采用FDB电机不仅可以使硬盘的工作噪音降低许多 而且还可以增加硬盘的工作稳定性 硬盘基础知识 硬盘主轴组件图 硬盘基础知识 前置控制电路 前置电路控制磁头感应的信号 主轴电机调速 磁头驱动和伺服定位等 由于磁头读取的信号微弱 将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰 提高操作指令的准确性 硬盘基础知识 控制电路 硬盘的控制电路位于硬盘背面 将背面电路板的安装螺丝拧下 翻开控制电路板即可见到控制电路 硬盘基础知识 硬盘控制电路图片 硬盘基础知识 硬盘控制电路图片 硬盘基础知识 硬盘控制电路总得来说可以分为如下几个部份 主控制芯片 数据传输芯片 高速数据缓存芯片等 其中主控制芯片负责硬盘数据读写指令等工作 硬盘基础知识 对于SATA接口的硬盘 其内部结构与PATA内部结构是一样的 只是它们的对外接口不一样 硬盘基础知识 SATA硬盘与传统硬盘在接口上有很大差异 SATA硬盘采用7针细线缆而不是大家常见的40 80针扁平硬盘线作为传输数据的通道 细线缆的优点在于它很细 因此弯曲起来非常容易 而传统的硬盘线弯曲起来就非常困难 由于很宽 还经常会造成某个局部散热不良 而细线缆就不存在这些缺点 它不会妨碍机箱内部的空气流动 这样就避免了热区的产生 从而提高了整个系统的稳定性 接下来用细线缆将SATA硬盘连接到接口卡或主板上的SATA接口上 由于SATA采用了点对点的连接方式 每个SATA接口只能连接一块硬盘 因此不必像并行硬盘那样设置跳线了 系统自动会将SATA硬盘设定为主盘 硬盘基础知识 硬盘的逻辑结构 盘片磁道柱面扇区容量 硬盘基础知识 盘片盘片是硬盘中承载数据存储的介质 硬盘是由多个盘片叠加在一起 互相之间由垫圈隔开 硬盘盘片是以坚固耐用的材料为盘基 其上在附着磁性物质 表面被加工的相当平滑 因为盘片在硬盘内部高速旋转 有5400转 7200转 10000转 甚至15000转 因此制作盘片的材料硬度和耐磨性要求很高 所以一般采用合金材料 多数为铝合金 硬盘基础知识 磁道磁盘在格式化时被分成许多同心圆 这些同心圆轨迹叫做磁道 track 磁道从外向内自0开始顺序编号 硬盘的每一个盘面有300 1024个磁道 新式大容量硬盘每面的磁道数就更多了 这些磁道用肉眼是根本看不到的 因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区 磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的 相邻磁道之间并不是紧挨着的 这是因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响 同时也为磁头的读写带来困难 一张1 44MB的3 5英寸软盘 一面有80个磁道 而硬盘上的磁道密度则远远大于此值 通常一面有成千上万个磁道 硬盘基础知识 磁道 硬盘基础知识 柱面所有盘面上的同一磁道构成一个圆柱 通常称作柱面 每个圆柱上的磁头 由上而下从 0 开始编号 数据的读写是按柱面进行的 即磁头在读写数据时首先在同一柱面内从 0 磁头开始进行操作 依次向下在同一柱面的不同盘面即磁头上进行操作 只在同一柱面所有的磁头全部读写完毕后才移动磁头转移到下一柱面 硬盘基础知识 扇区操作系统是以扇区 sector 形式将信息存储在硬盘上 每个扇区包括512字节的数据和一些其他信息 一个扇区有两个主要部分 存储数据地点的标识符存储数据的数据段如下图所示 硬盘基础知识 硬盘基础知识 扇区交叉因子给扇区编号最简单的方法是1 2 3 4的顺序 如果扇区按顺序绕着磁道依次编号 那么控制器在处理一个扇区的数据期间 磁盘旋转太远 超过扇区间距离 控制器要读出或写入的下一扇区已经经过磁头 也许是相当大的一段距离 这样磁盘控制器就只能等待磁盘再次旋转一周 IBM的工程师想出一个办法 即对扇区不使用顺序编号 而是使用一个交叉因子 用比值来表示 如3 1表示磁道上第一个扇区为1号扇区 跳过2个扇区第四扇区为2号 例如 17个扇区按照2 11 10 2 11 3 12 4 13 5 14 6 15 7 16 8 17 9 硬盘基础知识 容量硬盘的容量由盘面数 磁头数 柱面数 和扇区数决定 其计算公式为 硬盘容量 盘面数 柱面数 扇区数 512字节注 为什么一块40G的硬盘 显示的时候 却只有37G呢 这是因为由于表示方法不标准造成的 硬盘基础知识 硬盘的发展历史简介说起硬盘的历史 我们不能不首先提到蓝色巨人IBM所发挥的重要作用 正是IBM发明了硬盘 并且为硬盘的发展做出了一系列重大贡献 在发明磁盘系统之前 计算机使用穿孔纸带 磁带等来存储程序与数据 这些存储方式不仅容量低 速度慢 而且有个大缺陷 它们都是顺序存储 为了读取后面的数据 必须从头开始读 无法实现随机存取数据 硬盘基础知识 硬盘的发展历史简介在1956年9月 IBM向世界展示了第一台商用硬盘IBM350RAMAC RandomAccessMethodofAccountingandControl 这套系统的总容量只有5MB 却是使用了50个直径为24英寸的磁盘组成的庞然大物 而在1968年IBM公司又首次提出了 温彻斯特 Winchester技术 温彻斯特 技术的精髓是 使用密封 固定并高速旋转的镀磁盘片 磁头沿盘片径向移动 磁头磁头悬浮在高速转动的盘片上方 而不与盘片直接接触 这便是现代硬盘的原型 在1973年IBM公司制造出第一台采用 温彻期特 技术制造的硬盘 从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础 1979年 IBM再次发明了薄膜磁头 为进一步减小硬盘体积 增大容量 提高读写速度提供了可能 70年代末与80年代初是微型计算机的萌芽时期 包括希捷 昆腾 迈拓在内的许多著名硬盘厂商都诞生于这一段时间 1979年 IBM的两位员工AlanShugart和FinisConner决定要开发像5 25英寸软驱那样大小的硬盘驱动器 他们离开IBM后组建了希捷公司 次年 希捷发布了第一款适合于微型计算机使用的硬盘 容量为5MB 体积与软驱相仿 硬盘基础知识 IBM10MB硬盘的内部结构图 硬盘基础知识 IBM10MB硬盘的外观图 硬盘基础知识 硬盘的接口总类IDESerialATASCSIFibreChannelIEEE1394USB 硬盘基础知识 IDE IDE的英文全称为 IntegratedDriveElectronics 即 电子集成驱动器 它的本意是指把 硬盘控制器 与 盘体 集成在一起的硬盘驱动器 把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度 数据传输的可靠性得到了增强 硬盘制造起来变得更容易 因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容 对用户而言 硬盘安装起来也更为方便 IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展 性能也不断的提高 其拥有的价格低廉 兼容性强的特点 为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位 IDE代表着硬盘的一种类型 但在实际的应用中 人们也习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型硬盘ATA 1 这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了 而其后发展分支出更多类型的硬盘接口 比如ATA UltraATA DMA UltraDMA等接口都属于IDE硬盘 硬盘基础知识 SerialATA 使用SATA SerialATA 口的硬盘又叫串口硬盘 是未来PC机硬盘的趋势 2001年 由Intel APT Dell IBM 希捷 迈拓这几大厂商组成的SerialATA委员会正式确立了SerialATA1 0规范 2002年 虽然串行ATA的相关设备还未正式上市 但SerialATA委员会已抢先确立了SerialATA2 0规范 SerialATA采用串行连接方式 串行ATA总线使用嵌入式时钟信号 具备了更强的纠错能力 与以往相比其最大的区别在于能对传输指令 不仅仅是数据 进行检查 如果发现错误会自动矫正 这在很大程度上提高了数据传输的可靠性 串行接口还具有结构简单 支持热插拔的优点 SerialATA 与并行ATA相比 SATA具有比较大的优势 首先 SerialATA以连续串行的方式传送数据 可以在较少的位宽下使用较高的工作频率来提高数据传输的带宽 SerialATA一次只会传送1位数据 这样能减少SATA接口的针脚数目 使连接电缆数目变少 效率也会更高 实际上 SerialATA仅用四支针脚就能完成所有的工作 分别用于连接电缆 连接地线 发送数据和接收数据 同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性 其次 SerialATA的起点更高 发展潜力更大 SerialATA1 0定义的数据传输率可达150MB sec 这比目前最块的并行ATA 即ATA 133 所能达到133MB sec的最高数据传输率还高 而在已经发布的SerialATA2 0的数据传输率将达到300MB sec 最终SerialATA3 0将实现600MB sec的最高数据传输率 SerialATA 在此有必要对SerialATA的数据传输率作一下说明 就串行通讯而言 数据传输率是指串行接口数据传输的实际比特率 SerialATA1 0的传输率是1 5Gbps SerialATA2 0的传输率是3 0Gbps 与其它高速串行接口一样 SerialATA接口也采用了一套用来确保数据流特性的编码机制 这套编码机制将原本每字节所包含的8位数据 即1Byte 8bit 编码成10位数据 即1Byte 10bit 这样一来 SerialATA接口的每字节串行数据流就包含了10位数据 经过编码后的SerialATA传输速率就相应地变为SerialATA实际传输速率的十分之一 所以1 5Gbps 150MB sec 而3 0Gbps 300MB sec SATA的物理设计 可说是以FibreChannel 光纤通道 作为蓝本 所以采用四芯接线 需求的电压则大幅度减低至250mV 最高500mV 较传统并行ATA接口的5V少上20倍 因此 厂商可以给SerialATA硬盘附加上高级的硬盘功能 如热插拔 HotSwapping 等 更重要的是 在连接形式上 除了传统的点对点 Point to Point 形式外 SATA还支持 星形 连接 这样就可以给RAID这样的高级应用提供设计上的便利 在实际的使用中 SATA的主机总线适配器 HBA HostBusAdapter 就好像网络上的交换机一样 可以实现以通道的形式和单独的每个硬盘通讯 即每个SATA硬盘都独占一个传输通道 所以不存在象并行ATA那样的主 从控制的问题 SerialATA SerialATA规范不仅立足于未来 而且还保留了多种向后兼容方式 在使用上不存在兼容性的问题 在硬件方面 SerialATA标准中允许使用转换器提供同并行ATA设备的兼容性 转换器能把来自主板的并行ATA信号转换成SerialATA硬盘能够使用的串行信号 目前已经有多种此类转接卡 转接头上市 这在某种程度上保护了我们的原有投资 减小了升级成本 在软件方面 SerialATA和并行ATA保持了软件兼容性 这意味着厂商丝毫也不必为使用SerialATA而重写任何驱动程序和操作系统代码 另外 SerialATA接线较传统的并行ATA ParalleATA 接线要简单得多 而且容易收放 对机箱内的气流及散热有明显改善 而且 SATA硬盘与始终被困在机箱之内的并行ATA不同 扩充性很强 即可以外置 外置式的机柜 JBOD 不单可提供更好的散热及插拔功能 而且更可以多重连接来防止单点故障 由于SATA和光纤通道的设计如出一辙 所以传输速度可用不同的通道来做保证 这在服务器和网络存储上具有重要意义 SerialATA SerialATA相较并行ATA可谓优点多多 将成为并行ATA的廉价替代方案 并且从并行ATA过渡到SerialATA也是大势所趋 应该只是时间问题 相关厂商也在大力推广SATA接口 例如Intel的ICH6系列南桥芯片相较于ICH5系列南桥芯片 所支持的SATA接口从2个增加到了4个 而并行ATA接口则从2个减少到了1个 nVidia的nForce4系列芯片组已经支持SATAII即SerialATA2 0 而且三星已经采用Marvell88i6525SOC芯片开发新一代的SATAII接口硬盘 并将在2005年初推出 硬盘基础知识 SCSI SCSI的英文全称为 SmallComputerSystemInterface 小型计算机系统接口 是同IDE ATA 完全不同的接口 IDE接口是普通PC的标准接口 而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口 是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术 SCSI接口具有应用范围广 多任务 带宽大 CPU占用率低 以及热插拔等优点 但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及 因此SCSI硬盘主要应用于中 高端服务器和高档工作站中 硬盘基础知识 FibreChannel 光纤通道的英文拼写是FibreChannel 和SCIS接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术 是专门为网络系统设计的 但随着存储系统对速度的需求 才逐渐应用到硬盘系统中 光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的 它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度 光纤通道的主要特性有 热插拔性 高速带宽 远程连接 连接设备数量大等 光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计 能满足高端工作站 服务器 海量存储子网络 外设间通过集线器 交换机和点对点连接进行双向 串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求 硬盘基础知识 硬盘的技术指标及参数容量主轴转速平均寻道时间主轴转速平均潜伏期平均访问时间最大内部数据传输率外部数据传输率数据缓存表面温度连续无故障时间 MTBF 容量 总容量单碟容量容量是指硬盘的总容量 单碟容量指单张碟片所能存储的字节数 较大的单碟容量有着更大的数据存储密度 在磁盘转速和磁头的操作速度不变的情况下 能够提高磁盘的内部数据传输率 由于3 5英寸硬盘受到空间等因素的限制 最大只能容纳5张盘片 单碟容量的增加能够使硬盘具有更大的容量和进一步控制成本 磁头技术可以提高单一磁片数据记录的密度 主轴转速 硬盘的主轴转速是决定硬盘内部数据传输率的决定因素之一 它在很大程度上决定了硬盘的速度 同时也是区别硬盘档次的重要标志 目前7200rpm的硬盘是主流产品 SCSI硬盘的主轴转速已经高达15000rpm 当然其价格让普通用户难以接受 平均寻道时间 平均寻道时间是指磁头从得到指令到寻找到数据所在磁道的时间 一般常以它来描述硬盘读取数据的能力 平均寻道时间越小 硬盘的运行速率相应也就越快 一般硬盘的平均寻道时间在7 5 14ms 现代磁盘一般在10ms以下 平均潜伏期 当磁头移动到数据所在的磁道后 等待所要的数据块继续转动 半圈或多些 少些 到磁头下的时间 其单位为毫秒 ms 平均潜伏期就是盘片转半圈的时间 平均访问时间 而平均访问时间指磁头找到指定数据的平均时间