电脑硬盘故障维修研究

1前言

硬盘是计算机的存储设备,操作系统文件和数据文件都存储在硬盘上。相对于计算机上的其他部件,硬盘的价值并不是很高,所以,一旦有了故障,大多数人都选择直接更换。难道出现故障的硬盘就没有维修价值吗?其实不然,随着计算机在生产、生活中的普及,出现故障的硬盘也越来越多,硬盘维修能提高设备的利用率,降低企业成本。更重要的是硬盘维修是挽救数据的必要手段。在讨论硬盘维修之前,让我们先对硬盘的结构和工作原理进行一些了解。

2计算机硬盘的结构和工作原理

本文主要讨论的是传统硬盘,目前传统硬盘依然是主流。无论是IDE接口还是SCSI接口,指的是采用温彻斯特结构的硬盘,这些年来硬盘的发展和技术改进都是在这个框架下进行,所以各种硬盘之间虽然有着一定的区别,但是其物理和逻辑结构还是基本相同的。

2.1硬盘的物理结构从外观上看,如图1硬盘是由PCB控制电路板和封闭的盘体构成,PCB控制电路板上有电源接口,数据传输接口,这两个接口工作时和主板相连。PCB控制电路板上的主要芯片包括主控芯片和缓存芯片。打开硬盘外壳之后,我们就能够看到神秘的内部世界,如图2,其核心部分包括盘体、主轴电机、读写磁头、等主要部件。不过需要提醒大家的是,千万不要随意打开硬盘的外壳,这将100%地使整个硬盘报废,因为硬盘的内部盘面不能沾染上一滴灰尘,否则立即报废。一般硬盘内部结构维修甚至需要在要求极为严格的超净间中进行。

(1)盘体:硬盘的盘体由多个盘片组成,这些盘片重叠在一起放在一个密封的盒中,它们在主轴电机的带动下以很高的速度旋转,其每分钟转速达3600,4500,5400,7200甚至以上。

(2)读写磁头:硬盘的磁头用来读取或者修改盘片上磁性物质的状态,一般说来,每一个磁面都会有一个磁头,从最上面开始,从0开始编号。磁头在停止工作时,与磁盘是接触的,但是在工作时呈飞行状态。磁头采取在盘片的着陆区接触式启停的方式,着陆区不存放任何数据,磁头在此区域启停,不存在损伤任何数据的问题。读取数据时,盘片高速旋转,由于对磁头运动采取了精巧的空气动力学设计,此时磁头处于离盘面数据区0.2~0.5μm高度的飞行状态。既不与盘面接触造成磨损,又能可靠的读取数据。

(3)主轴电机:硬盘内的电机都为无刷电机,在高速轴承支撑下机械磨损很小,可以长时间连续工作。高速旋转的盘体产生了明显的陀螺效应,所以工作中的硬盘不宜运动,否则将加重轴承的工作负荷。硬盘磁头的寻道饲服电机多采用音圈式旋转或者直线运动步进电机,在饲服跟踪的调节下精确地跟踪盘片的磁道,所以在硬盘工作时不要有冲击碰撞,搬动时要小心轻放。

2.2硬盘的逻辑结构硬盘由很多盘片(platter)组成,每个盘片的每个面都有一个读写磁头。如果有N个盘片。就有2N个面,对应2N个磁头(Heads),从0、1、2开始编号。每个盘片被划分成若干个同心圆磁道(逻辑上的,是不可见的),每个盘片的划分规则通常是一样的。这样每个盘片的半径均为固定值R的同心圆再逻辑上形成了一个以电机主轴为轴的柱面(Cyl-inders),从外至里编号为0、1、2…每个盘片上的每个磁道又被划分为几十个扇区(Sector),通常的容量是512byte,并按照一定规则编号为1、2、3…形成Cylinders×Heads×Sector个扇区。这三个参数即是硬盘的物理参数。我们实际的维修工作中需要深刻理解这三个参数的意义。硬盘上的数据按照其不同的特点和作用大致可分为5部分:MBR区、DBR区、FAT区、DIR区和DATA区。(1)MBR区,MBR(MainBootRecord主引导记录区)位于整个硬盘的0磁道0柱面1扇区。

主引导记录中包含了硬盘的一系列参数和一段引导程序。(2)DBR区,DBR(DosBootRecord)是操作系统引导记录区的意思。它通常位于硬盘的0磁道1柱面1扇区,是操作系统可以直接访问的第一个扇区,它包括一个引导程序和一个被称为BPB(BiosParameterBlock)的本分区参数记录表。(3)FAT区,在DBR之后的是我们熟悉的FAT(FileAllocationTable文件分配表)区。(4)DIR(Directory)是根目录区,紧接着第二FAT表(即备份的FAT表)之后,记录着根目录下每个文件(目录)的起始单元,文件的属性等。(5)DATA区,即数据区,它是真正意义上的数据存储的地方,位于DIR区之后,占据硬盘上的大部分数据空间。

2.3硬盘工作原理采用温彻思特技术的传统硬盘,其工作原理有如下特点:(1)磁头,盘片及运动机构密封。(2)固定并高速旋转的镀磁盘片表面平整光滑。(3)磁头沿盘片径向移动。(4)磁头对盘片接触式启停,但工作时呈飞行状态不与盘片直接接触。

3硬盘常见故障及修复方法

在对硬盘的物理、逻辑结构和工作原理有了一定了解之后,我们就能大致的根据故障的现象,判断的故障范围,然后采用相应的工具和方法进行维修。硬盘故障分为硬件故障和软故障两类,其诊断的依据主要是根据系统上电后的现象及屏幕上出现的提示信息来判断。当硬盘出现故障后,应仔细分析故障现象,判断是属软故障还是物理器件损坏。千万不要盲目拆盖、拔插控制卡或轻易将硬盘进行低级格式化,使问题变得更加复杂化。有时还会由于维护操作不当,不仅没有把故障修复好,反而引起新的故障。

3.1硬件故障所谓的硬故障即硬盘物理性故障,是由于硬盘的机械零件或电子元器件物理性损坏而引起。硬件故障主要出现在硬盘的PCB控制电路板和盘体内部的盘片、磁头、电机上。在普通的维修环境中PCB控制电路板上的故障如果有相应的备件一般都能修复,如果是盘体内部的硬件故障,由于缺乏无尘环境,一般都是无法修复的。

3.1.1常见的硬盘硬件故(1)焊接不当,指的是PCB板上的元件接触不良,需用烙铁加焊,也可用热风枪吹。吹芯片时应先加上松香水或松香膏,这样会提高焊接的效果。(2)“排阻”烧坏,可用万用表检查对其电阻值。(3)芯片的电路板上的接点已经烧烂。这也是常见的故障,需外接线连接,不连接好就会产生不转的现象。(4)电机接口旁边的放电三极管(只起二极管作用)击穿或接50-70脚边的元件掉了或坏了,这一般是转不起的故障。(5)主控芯片的控制脚接触不良,是造成不转的原因之一。(6)IDE接口的脚接在一起,使主芯片不复位,特别是1-2脚。(7)上盘闪十下,通常是8V电压没有或磁头控制芯片坏或没有电压输入。(8)上盘闪五下,可能是缓存、主芯片接触不良或坏了。(9)晶振也是很容易坏的一个元件,可以查看晶振的两端电压。

3.1.2硬盘硬件故障维修案例硬件故障案例一:故障现象:电脑无规律的经常死机,利用排除法确定故障是有由硬盘引起的。但在BIOS中显示的硬盘参数正常,而且也可以正常安装系统,复制文件,硬盘电路板上也没有发热过高的元器件。将电路板拆下来后,仔细观察电路板和电机、磁头的接触部分,隐约看见有黑乎乎的东西,看来是电极被氧化了。处理办法:用医用棉球蘸无水酒精反复擦洗硬盘电路板触点及电极部分,直到干净、露出金属光泽为止。然后装好硬盘,经过长时间试机,故障消失。就这样不花一分钱就修好了一块硬盘。

硬件故障案例二:故障现象:昆腾硬盘,盘体里偶尔发出金属撞击声,程序出错,继而叮叮当当响个不停,死机,系统重启时不认盘,主轴电机时转时不转,甚至电路板上的TDA5247HT芯片-爆裂冒烟等等。分析与解决:这种情况问题大多出在硬盘电路板上,盘体部分出问题的概率很小,这款硬盘的部分电路板上使用了一块TDA5247HT芯片,它的功能是控制磁头步进寻道,给各个芯片提供稳定的电压,给磁盘电机提供电流,由于其品质不佳,功率余量设计又不足,引起电路发热,严重发热时导致硬盘受伤,在读盘频繁时往往会烧毁此芯片。其中,盘体出现金属撞击声,也由于此芯片供电不稳,无法精确控制硬盘磁头,磁头不停地寻道而撞击盘体所致,应及时更换此芯片,若长时间磁头反复读写复位,将磨伤盘片,造成不可修复。