硬碟壞軌 – 2021/6 版

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硬碟壞軌

硬碟壞軌正式名稱是『 Bad Sector』,硬碟是以 Sector 為最小儲存單位,並非以『軌 Track』,
只是因為磁片是『圓型』,當一發生『Bad Sector』時,磁片因高速旋轉,硬碟的磁頭才會將磁片刮成
一圈一圈,就像唱片 or CD片被刮傷。

PS:硬碟的國際標準規格,一個 Sector = 512 byte  (1 byte = 8bit )

硬碟壞軌
硬碟磁片

要知道為什麼磁片會刮傷的原因,先了解硬碟的設計、儲存原理。硬碟是 2進位的數位儲存,是以 “0、1” or  “+、“ 紀錄資料。每一單位磁粒只有『 + or 』一種狀態,不是“ +” 就是“ ” ,假如原來是儲存 “ 0 “ 隨時可被改變成 “ 1”,如此不斷重複改變,這就是磁性紀錄的非常重要的優點『可重複儲存』。

硬碟資料就是儲存在磁片表面上,硬碟磁片表面濺鍍一層極薄的磁性薄膜,厚度是以奈米 nm計,薄膜上有類似『磁粒』為單位的磁性紀錄物質,顆粒也是以奈米計,以下是一台 1TB  2.5”(直徑 6.35 cm) 硬碟磁片上實際的磁粒數量:

  • 1bit = 1磁粒(略稱)
  • 1byte = 8bit = 8磁粒,1byte = Keyboard 上的 A,B,C,D….a,b,c,d….1,2,3,4,5….!@#$%….
  • 1KB = 1,024byte x 8bit = 8,192磁粒 
  • 1MB = 1,024 x1,024 = 1,048,576 byte x8bit = 8,388,608 磁粒
  • 1GB = 1,024 x1,024x 1,024 = 1,073,741,824 byte x 8bit = 8,589,934,592 磁粒
  • 1TB = 1,024 x1,024x 1,024 x1,024= 1,099,511,627,776 byte x 8bit = 8,796,093,022,208 磁粒(共 8兆….)

請想像一片小小的 2.5” 磁片 =(直徑 6.35 cm) 表面塗佈 8兆顆磁粒(實務上已改成“薄膜”,但精密度相同)每顆磁粒體積比吸菸吐出去的白色煙粒子小幾百倍,這是非常令人驚嘆的高科技:

  • 如何製造出以 nm 計的磁性薄膜(磁粒)?並且毫無任何雜質?
  • 如何賤渡在磁片表面?且要非常平整?如何製程中不遭污染?

目前有能力製造出硬碟高容量磁片,也只有『美國』『日本』。您只要觀察目前市面上硬碟品牌只有『 WD』『Seagate 硬碟』『Toshiba』即知硬碟是非常高的科技,且關鍵技術都是掌握在『美國』的硬碟廠商,且已近 40年其它國家還無法突破。

硬碟磁頭的讀寫運作原理

硬碟磁頭

硬碟磁頭是漂浮在磁片表面上,為什麼是『漂浮』狀態?因為:

  • 磁頭呈漂浮時如此才不會接觸到磁片,就像『磁浮列車』,因無接觸理論上磁頭和磁片永不會磨損,因磁頭是『漂浮』在磁片表面才可以高速來回讀寫。
  • 磁片表面的磁性薄膜因為極精細,雖然磁頭需漂浮但又不可太高因為讀寫訊號會太弱,太低又會刮傷磁片,一般磁頭的飛行高度 (Flying high) 約2奈米,以人類來看幾乎是貼著磁片。

硬碟磁頭因爲其漂浮高度只有2nm 非常的低,所以當硬碟磁片高速旋轉時(最少是 7,200/rpm),絕不可有任何外力的碰撞,隨便一個輕拍桌面的震動極可能造成磁頭打傷磁片,磁片一被打傷磁片表面出現傷痕,表面已不平整,此時硬碟依然是以 7,200/rpm 高速旋轉,等於一分鐘又刮傷 7,200次,只要幾分鐘即會將整張磁片刮花,磁片上的資料即遭損毀,不可能救回。這情況可比喻成『一條高速高路,新築時路面一定非常平整,每輛車都可以高速行駛,但當路面出現凹洞時,後面的車一部一部輾過去,凹洞一定愈來愈大,最後大到會導致車子翻覆。這也是為什麼硬碟這麼怕『碰撞』的原因。
另外,磁頭因為是需『漂浮』在磁片表面且又這麼低,只要一粒和吸菸吐出的白色塵埃相同大小,就會打傷磁頭。

  • 情況就像是高速高路上出現一顆石塊,當車輪輾過一定會造成『抖動』甚至『翻覆』。
  • 我們也看過『航空母艦』常常有一排工作人員在降落跑道上用人工方式邊走邊檢雜物,一個小螺絲釘都足以造成『飛機高速降落時』輪胎破裂。

硬碟全程都在無塵室內製造組裝

硬碟磁片的『磁性薄膜』製造生產就需在『無塵』的環境下,絕不可有任何的『污染』,磁頭組裝時也需在『無塵』環境內,磁片表面絕不可有任何『塵埃』,
這也是硬碟全程都是在『無塵室』廠房內製造生產原因。

製造生產硬碟機的廠房的無塵室等級 = 台積電晶圓廠。硬碟磁片和磁頭的精密度其實和晶圓差不多,其無塵室都是『高潔淨度無塵室』,造價非常高昂。

硬碟的生產線上全程都有『防污染的監控』一台硬碟在封蓋前一定需保證內部絕對『純凈』無任何塵埃,否則售出後,使用者一通電使用,就會造成磁片磁頭的磨損,儲存的資料也會被損毀。

硬碟資料救援時 – 因為硬碟生產製造時全程都是在『無塵室』內,硬碟內部也絕無任何『異物』,所以當硬碟故障後需搶救資料時,一定也需在硬碟廠相同等級無塵室內拆開檢查,否則硬碟磁片一經污染,硬碟資料即毀損,本來資料還有機會救出,卻因此再也無機會,不得不慎。

WD硬碟生產線
WD硬碟生產線
硬碟資料救援
本公司無塵室資料救援作業

上述已簡單說明硬碟的磁片和磁頭的製造原理,相信已暸解硬碟非常的精密,內部一定是『純凈』,所以使用硬碟需非常小心,但硬碟不論多小心使用,還是有先天上的問題,硬碟拿在手上,即發現硬碟結構 90%都是機件,硬碟只要一通電馬達立刻轉動,磁片也以 7,200/rpm 高速旋轉,長年下來硬碟機件一定會磨損,就像汽車開久了,引擎、輪胎….等一定都會磨損。所以硬碟是消耗品,不可能不故障,而什麼時候會故障,無法事先知道防範,使用硬碟儲存資料,務必要隨時備份資料,而且是多一份『雲端備份』好處很多,最重要是可以防『勒索病毒』,有興趣可瀏覽『勒索病毒』文章。

硬碟技術、原理進階篇

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