存储器数据恢复相关知识

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理论知识
硬盘如何储存数据?
磁道和扇区简介
盘面号
磁道
柱面
扇区
硬盘如何读写数据？
数据删除原理
数据如何丢失的？
人为原因造成的数据丢失：
自然灾害造成的数据丢失：
软件原因造成的数据丢失：
硬件原因造成的数据丢失：
哪些可以恢复？
实操 如何恢复？
DiskGenius
Recoverit
RStudioPortable

理论知识

硬盘如何储存数据?

磁道和扇区简介

硬盘是一种采用磁介质的数据存储设备，数据存储在密封的硬盘内腔的磁盘片上。这些盘片一般是在以铝为主要成分的基片表面涂上磁性介质而制成的，在磁盘片的每一面上，以转动轴为轴心、以一定的磁密度为间隔的若干个同心圆被划分成磁道(Track), 每个磁道又被划
分为若干个扇区（Secor），数据就按扇区存放在硬盘上。在每一面上都相应地有一个读写磁头（Head）,所以不同磁头的所有相同位置的磁道就构成了所谓的柱面（Cylinder）。

硬盘中一般有多个盘片，每个盘片的每个面都有一个读写磁头，磁头靠近主轴接触的表面，即线速度最小的地方，是一个特殊的区域，它不存放任何数据，称为启停区或着陆区（Landing Zone）, 启停区外就是数据区。在最外圈，离主轴最远的地方是“0”磁道，硬盘数据的存放就是从最外圈开始的。

硬盘的第一个扇区（0道0头1扇区）被保留为主引导扇区。在主引导区内主要有两项内容：主引导记录和硬盘分区表。主引导记录是一段程序代码，其作用主要是对硬盘上安装的操作系统进行引导；硬盘分区表则存储了硬盘的分区信息。计算机启动时将读取该扇区的数据，并对其合法性进行判断（扇区最后两个字节是否为55AA），如合法则跳转执行该扇区的第一条指令。

盘面号

硬盘的盘片一般用铝合金材料做基片，高速硬盘也可能用玻璃做基片。玻璃基片更容易达到所需的平面度和光洁度，且有很高的硬度。磁头传动装置是使磁头部件作径向移动的部件，通常有两种类型的传动装置。一种是齿条传动的步进电动机传动装置；另一种是音圈电动机传动装置。前者是固定推算的传动定位器，而后者则采用伺服反馈返回到正确的位置上（目前的硬盘基本都用音圈电动机传动装置）。磁头传动装置以很小的等距离使磁头部件做径向移动，用以变换磁道。
硬盘的每一个盘片都有两个盘面（Side），即上、下盘面，一般每个盘面都会利用，都可以存储数据，成为有效盘片，也有极个别的硬盘盘面数为单数。每一个这样的有效盘面都有一个盘面号，按顺序从上至下从“0”开始依次编号。在硬盘系统中，盘面号又叫磁头号，因为每一个有效盘面都有一个对应的读写磁头。硬盘的盘片组为2~14片不等，通常有2~3个盘片，故盘面号（磁头号）为0~3或0~5。

磁道

磁盘在格式化时被划分成许多同心圆，这些同心圆轨迹叫作磁道（Track）。磁道从外向内从0 开始顺序编号。以前的硬盘每一个盘面有300 ~ 1024 个磁道， 目前的大容量硬盘每面的磁道数更多。信息以脉冲串的形式记录在这些轨迹中，这些同心圆不是连续记录数据，而是被划分成一段段的圆弧，这些圆弧的角速度一样。由于径向长度不一样，所以，线速度也不一样，外圈的线速度较内圈的线速度大，即同样的转速下，外圈在同样时间段里，划过的圆弧长度要比内圈划过的圆弧长度大。每段圆弧叫作一个扇区，扇区从“1”开始编号，每个扇区中的数据作为一个单元同时读出或写入。一个标准的3.5in(1in= 25.4mm)硬盘盘面通常有几百到几千条磁道。磁道是盘面上以特殊形式磁化了的一些磁化区，在磁盘格式化时就已规划完毕。

柱面

硬盘中的所有盘面上的同一磁道构成一个圆柱，通常称作柱面（Cylinder），每个圆柱上的磁头由上而下，从“0”开始编号。数据的读/写按柱面进行，即磁头读/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，磁头才转移到下一柱面，因为选取磁头只需通过电子切换即可，而选取柱面则必须通过机械切换。电子切换相当快，比在机械上磁头向邻近磁道移动快得多，所以，数据的读/写按柱面进行，而不按盘面进行。也就是说，一个磁道写满数据后，就在同一柱面的下一个盘面来写，一个柱面写满后，才移到下一个扇区写数据。读数据也按照这种方式进行，这样就提高了硬盘的读/写效率。
一块硬盘驱动器的圆柱数（或每个盘面的磁道数）既取决于每条磁道的宽窄（同样也与磁头的大小有关），也取决于定位机构所决定的磁道间步距的大小。

扇区

操作系统以扇区（Sector）形式将信息存储在硬盘上，每个扇区包括512个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和存储数据的数据段。
标识符是扇区头标，包括组成扇区三维地址的三个数字：扇区所在的磁头（或盘面）、磁道（或柱面号）以及扇区在磁道上的位置（即扇区号）。头标中还包括一个字段，其中有显示扇区是否能可靠存储数据或者是否已发现某个故障而不宜使用的标记。有些硬盘控制器在扇区头标中还记录有指示字，可在原扇区出错时指引磁盘转到替换扇区或磁道。最后，扇区头标以循环冗余校验（CRC）值作为结束，以供控制器检验扇区头标的读出情况，确保准确无误。
扇区的第二个主要部分是存储数据的数据段，可分为数据和保护数据的纠错码（ECC）。在初始准备期间，计算机用512 个虚拟信息字节（实际数据的存放地）和与这些虚拟信息字节相应的 ECC 数字填入这个部分。
扇区头标包含一个可识别磁道上该扇区的扇区号。有趣的是，这些扇区号物理上并不连续编号，它们不必用任何特定的顺序指定。扇区头标的设计允许扇区号可以从1 到某个最大值，某些情况下可达255。磁盘控制器并不关心上述范围中什么编号安排在哪一个扇区头标中。在很特殊的情况下，扇区还可以共用（相同的）编号。磁盘控制器甚至根本就不管数据区有多大，只管读出它所找到的数据，或者写入要求它写的数据。

硬盘如何读写数据？

写数据时：

当要保存文件时，硬盘会按柱面、磁头、扇区的方式进行保存，即将保存的数据先保存在第1个盘面的第1磁道的所有扇区，如果所有扇区无法存下所有数据，接着在同一柱面的下一磁头所在盘面的第1磁道的所有扇区中继续写入数据。如果一个柱面存储满后就推进到下一个柱面，直到把文件内容全部写入磁盘。
在保存文件时，系统首先在磁盘的 DIR（目录表）区中找到空区写入文件名、大小和创建时间等响应信息，然后在DATA （数据区）找到空闲位置将文件保存，并将DATA区的第一个簇写入 DIR 区。

读数据时：

当要读取数据时，硬盘的主控芯片会“告诉”磁盘控制器要读出数据所在的柱面号、磁头号和扇区号。接着磁盘控制器则直接使磁头部件进到相应的柱面，选通相应的磁头，等待要求的扇区移动到磁头下。在扇区到来时，磁盘控制器读出每个扇区的头标，把这些头标中的地址信息与期待检出的磁头和柱面号做比较（即寻道），然后，寻找要求的扇区号。待磁盘控制器找到该扇区头标时，读出数据和尾部记录。
在读取文件时，系统先从磁盘目录区中读取文件信息，包括文件名、后缀名、文件大小、修改日期和文件在数据区保存的第一个簇的簇号。接着从第1个簇中读取相应的数据，然后再到FAT表（文件分配表）的相应单元（第一个簇对应的单元），如果内容是文件结束标志（FF），则表示文件结束，如果不是文件结束标志，则是下一个保存数据的簇的簇号，接下来再读取对应簇中的内容，这样重复下去一直到遇到文件结束标志，文件读取完成。

数据删除原理

删除数据时：

Windows 文件的删除工作却是很简单的，将磁盘目录区的文件的第一个字符改成 E5 就表示该文件删除了。
存储在硬盘中的每个文件都可分为两部分：文件头和存储数据的数据区。文件头用来记录文件名、文件属性、占用簇号等信息，文件头保存在一个簇并映射在 FAT 表（文件分配表）中。而真实的数据则是保存在数据区当中的。平常所做的删除，其实是修改文件头的前2个代码，这种修改映射在FAT表中，就为文件作了删除标记，并将文件所占簇号在FAT表中的登记项清零，表示释放空间，这也就是平常删除文件后硬盘空间增大的原因。而真正的文件内容仍保存在数据区中，并未得以删除。要等到以后的数据写入，把此数据区覆盖掉，这样才算是彻底把原来的数据删除了。如果不被后来保存的数据覆盖，它就不会从磁盘上抹掉。

数据如何丢失的？

硬盘数据丢失的原因较多，一般可以分为人为原因、自然原因、软件原因、硬件原因。

人为原因造成的数据丢失：

人为原因主要是指由于使用人员的误操作造成的数据丢失，如误格式化或误分区、误克隆、误删除或覆盖、人为地摔坏硬盘等。
人为原因造成的数据丢失现象一般表现为操作系统丢失，无法正常启动系统，磁盘读写错误，找不到所需要的文件，文件打不开，文件打开后乱码，硬盘没有分区，提示某个硬盘分区没有格式化，硬盘被强制格式化，硬盘无法识别或发出异响等。

自然灾害造成的数据丢失：

自然灾害造成的数据被破坏，如水灾、火灾、雷击、地震等造成计算机系统的破坏，导致存储数据被破坏或完全丢失，或由于操作时断电、意外电磁干扰造成数据丢失或破坏。
自然灾害原因造成的数据丢失现象一般表现为硬盘损坏（硬盘无法识别或盘体损坏）、磁盘读写错误、找不到所需要的文件、文件打不开、文件打开后乱码等。

软件原因造成的数据丢失：

软件原因主要是指由于受病毒感染、零磁道损坏、硬盘逻辑锁、系统错误，或瘫痪、软件Bug 对数据的破坏等造成数据丢失或被破坏。
软件原因造成的数据丢失现象一般表现为操作系统丢失，无法正常启动系统，磁盘读写错误，找不到所需要的文件，文件打不开，文件打开后乱码，硬盘没有分区，提示某个硬盘分区没有格式化，硬盘被锁等。

硬件原因造成的数据丢失：

硬件原因主要是指由于计算机设备的硬件故障（包括存储介质的老化、失效）、磁盘划伤、磁头变形、磁臂断裂、磁头放大器损坏、芯片组或其他元器件损坏等造成数据丢失或破坏。
硬件原因造成的数据丢失现象一般表现为系统不识别硬盘，常有一种“咔嚓咔嚓”或“哐当哐当”的磁阻撞击声，或电机不转、通电后无任何声音、磁头定位不准造成读写错误等。

哪些可以恢复？

在实际操作中，删除文件、重新分区并快速格式化（Format不要加U参数）、快速低级格式化、重整硬盘缺陷列表等，都不会把数据从物理扇区的数据区中实际抹去。

删除文件只是把文件的地址信息在列表中抹去，而文件数据本身还是在原来的地方，除非复制新的数据覆盖到那些扇区，才会把原来的数据真正抹去。

重新分区和快速格式化只不过是重新构造新的分区表和扇区信息，同样不会影响原来的数据在扇区中的物理存在，直到有新的数据去覆盖它们为止。

快速低级格式化，是用DM软件快速重写盘面、磁头、柱面、扇区等初始化信息，仍然不会把数据从原来的扇区中抹去。

重整硬盘缺陷列表也是把新的缺陷扇区加入G列表或者P列表中，而对于数据本身，其实还是没有实质性影响。但对于那些本来存储在缺陷扇区中的数据就无法恢复了，因为扇区已经出现物理损坏，即使不加入缺陷列表，也很难恢复。

对于上述这些操作造成的数据丢失，一般都可以恢复。在进行数据恢复时，最关键的一点是在错误操作出现后，不要再对硬盘做任何无意义操作，也不要再向硬盘里面写入任何内容。一般对于上述操作造成的数据丢失，在恢复数据时，可以通过纯粹的数据恢复软件来恢复（如EasyRecovery、 Final Data等）。但如果硬盘有轻微的缺陷，用纯粹的数据恢复软件恢复将会有一些困难，应该稍微修理一下，在硬盘可以正常使用后，再用软件进行数据恢复。

另外，如果硬盘已经不能动了，这时需要使用成本比较高的软硬件结合的方式来恢复。这种数据恢复方式的关键在于用于恢复的仪器设备。这些设备都需要放置在级别非常高的超净无尘工作间里面。这些设备的恢复原理一般都是把硬盘拆开，把损坏的硬盘的磁盘放进机器的超净工作台上，然后用激光束对盘片表面进行扫描。因为盘面上的磁信号其实是数字信号（0和1），所以相应地，反映到激光束发射的信号上也是不同的。这些仪器就是通过这样的扫描，完整地把整个硬盘的原始信号记录在仪器附带的电脑里面，然后再通过专门的软件分析来进行数据恢复，还可以将损坏的硬盘的磁盘拆下后安装在另一个型号相同的硬盘中，借助正常的硬盘读取拆下来的磁盘的数据。

硬盘电路板损坏后，一般会出现CMOS不认硬盘、硬盘有异响、硬盘数据读取困难、硬盘有时能够读取数据有时不能读取数据等类似的不稳定故障，这时需要对硬盘进行维修，更换损坏的芯片、重新刷写固件、更换电路板等来维修。
如果问题在硬盘电路板上，那么数据一般不会受到破坏，根据硬盘电路板故障，更换损坏的元器件，或重新刷写固件，或更换电路板，然后即可把数据正常读出。
硬盘电路板故障造成的数据丢失原因较多，恢复数据时需要根据不同故障情况进行恢复。

实操 如何恢复？

DiskGenius

介绍： DiskGenius 是一款功能全面的磁盘管理和数据恢复软件，原名 PartitionGuru。它提供了分区管理、文件恢复、备份、磁盘克隆、虚拟磁盘恢复等多种功能。DiskGenius 支持多种文件系统，包括 NTFS, FAT32, EXT3, EXT4 等，并且可以处理从传统硬盘到 SSD 和 RAID 数组的各种存储设备。

主要作用：

• 分区管理：创建、删除、格式化、隐藏分区等。
• 数据恢复：从删除、格式化、损坏的分区中恢复数据。
• 磁盘备份与克隆：完整备份和恢复磁盘或分区，克隆磁盘。
• 硬盘健康检查：检查和修复磁盘问题，如坏道。
• 虚拟磁盘恢复：支持恢复 VMware, VirtualBox 和 Microsoft Virtual PC 虚拟机的文件。

Recoverit

介绍： Recoverit 是由 Wondershare 开发的一款强大的数据恢复工具，专门设计用于恢复因误删除、硬盘损坏、分区丢失、病毒攻击和系统崩溃等原因丢失的文件。Recoverit 支持超过 1000 种文件格式的恢复，包括图片、视频、文档、电子邮件、音频文件等。

主要作用：

• 全面数据恢复：从各种存储设备包括计算机硬盘、外部硬盘、USB驱动器、SD卡等恢复数据。
• 高级视频恢复：特别优化用于恢复视频文件，可以修复损坏的视频文件。
• 启动式恢复：当计算机系统无法启动时，Recoverit 允许创建一个可启动的恢复环境来恢复数据。

恢复成功

RStudioPortable

介绍： RStudioPortable 是 R-Studio 数据恢复软件的便携版本，不需要安装即可运行。R-Studio 是一款专业级的数据恢复工具，用于恢复已删除、损坏或格式化的文件和磁盘。该软件支持广泛的文件系统，并且具备网络恢复功能，可以在网络上的另一台计算机上执行数据恢复任务。

主要作用：

• 复杂的数据恢复：对于高级用户，提供了深度扫描和数据恢复的复杂选项。
• 网络数据恢复：支持通过网络恢复数据，适合需要远程恢复数据的情况。
• 支持多种文件系统：包括 FAT12/16/32, NTFS, NTFS5, HFS/HFS+, UFS1/UFS2, Ext2/Ext3/Ext4 FS 等。
• 文件预览：在恢复之前可以预览文件，帮助用户确定是否是需要恢复的正确文件。

恢复成功

这三款软件各有特点，DiskGenius 更侧重于磁盘管理与数据恢复的综合工具，Recoverit 专注于数据恢复，特别是视频和其他媒体文件的恢复，而 RStudioPortable 则是一款面向专业用户的高级数据恢复工具，特别适用于复杂的数据恢复场景和网络恢复任务。