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理論知識
硬碟如何儲存資料?
磁軌和扇區簡介
盤面號
磁軌
柱面
扇區
硬碟如何讀寫資料？
資料刪除原理
資料如何丟失的？
人為原因造成的資料丟失：
自然災害造成的資料丟失：
軟體原因造成的資料丟失：
硬體原因造成的資料丟失：
哪些可以恢復？
實操 如何恢復？
DiskGenius
Recoverit
RStudioPortable
理論知識
硬碟如何儲存資料?
磁軌和扇區簡介
硬碟是一種採用磁介質的資料儲存裝置，資料儲存在密封的硬碟內腔的磁碟片上。這些碟片一般是在以鋁為主要成分的基片表面塗上磁性介質而製成的，在磁碟片的每一面上，以轉動軸為軸心、以一定的磁密度為間隔的若干個同心圓被劃分成磁軌(Track), 每個磁軌又被劃
分為若干個扇區（Secor），資料就按扇區存放在硬碟上。在每一面上都相應地有一個讀寫磁頭（Head）,所以不同磁頭的所有相同位置的磁軌就構成了所謂的柱面（Cylinder）。
硬碟中一般有多個碟片，每個碟片的每個面都有一個讀寫磁頭，磁頭靠近主軸接觸的表面，即線速度最小的地方，是一個特殊的區域，它不存放任何資料，稱為啟停區或著陸區（Landing Zone）, 啟停區外就是資料區。在最外圈，離主軸最遠的地方是“0”磁軌，硬碟資料的存放就是從最外圈開始的。
硬碟的第一個扇區（0道0頭1扇區）被保留為主引導扇區。在主引導區內主要有兩項內容：主開機記錄和硬碟分割槽表。主開機記錄是一段程式程式碼，其作用主要是對硬碟上安裝的作業系統進行引導；硬碟分割槽表則儲存了硬碟的分割槽資訊。計算機啟動時將讀取該扇區的資料，並對其合法性進行判斷（扇區最後兩個位元組是否為55AA），如合法則跳轉執行該扇區的第一條指令。
盤面號
硬碟的碟片一般用鋁合金材料做基片，高速硬碟也可能用玻璃做基片。玻璃基片更容易達到所需的平面度和光潔度，且有很高的硬度。磁頭傳動裝置是使磁頭部件作徑向移動的部件，通常有兩種型別的傳動裝置。一種是齒條傳動的步進電動機傳動裝置；另一種是音圈電動機傳動裝置。前者是固定推算的傳動定位器，而後者則採用伺服反饋返回到正確的位置上（目前的硬碟基本都用音圈電動機傳動裝置）。磁頭傳動裝置以很小的等距離使磁頭部件做徑向移動，用以變換磁軌。
硬碟的每一個碟片都有兩個盤面（Side），即上、下盤面，一般每個盤面都會利用，都可以儲存資料，成為有效碟片，也有極個別的硬碟盤面數為單數。每一個這樣的有效盤面都有一個盤面號，按順序從上至下從“0”開始依次編號。在硬碟系統中，盤面號又叫磁頭號，因為每一個有效盤面都有一個對應的讀寫磁頭。硬碟的碟片組為2~14片不等，通常有2~3個碟片，故盤面號（磁頭號）為0~3或0~5。
磁軌
磁碟在格式化時被劃分成許多同心圓，這些同心圓軌跡叫作磁軌（Track）。磁軌從外向內從0 開始順序編號。以前的硬碟每一個盤面有300 ~ 1024 個磁軌， 目前的大容量硬碟每面的磁軌數更多。資訊以脈衝串的形式記錄在這些軌跡中，這些同心圓不是連續記錄資料，而是被劃分成一段段的圓弧，這些圓弧的角速度一樣。由於徑向長度不一樣，所以，線速度也不一樣，外圈的線速度較內圈的線速度大，即同樣的轉速下，外圈在同樣時間段裡，劃過的圓弧長度要比內圈劃過的圓弧長度大。每段圓弧叫作一個扇區，扇區從“1”開始編號，每個扇區中的資料作為一個單元同時讀出或寫入。一個標準的3.5in(1in= 25.4mm)硬碟盤面通常有幾百到幾千條磁軌。磁軌是盤面上以特殊形式磁化了的一些磁化區，在磁碟格式化時就已規劃完畢。
柱面
硬碟中的所有盤面上的同一磁軌構成一個圓柱，通常稱作柱面（Cylinder），每個圓柱上的磁頭由上而下，從“0”開始編號。資料的讀/寫按柱面進行，即磁頭讀/寫資料時首先在同一柱面內從"0”磁頭開始進行操作，依次向下在同一柱面的不同盤面（即磁頭上）進行操作，只在同一柱面所有的磁頭全部讀/寫完畢後，磁頭才轉移到下一柱面，因為選取磁頭只需透過電子切換即可，而選取柱面則必須透過機械切換。電子切換相當快，比在機械上磁頭向鄰近磁軌移動快得多，所以，資料的讀/寫按柱面進行，而不按盤面進行。也就是說，一個磁軌寫滿資料後，就在同一柱面的下一個盤面來寫，一個柱面寫滿後，才移到下一個扇區寫資料。讀資料也按照這種方式進行，這樣就提高了硬碟的讀/寫效率。
一塊硬碟驅動器的圓柱數（或每個盤面的磁軌數）既取決於每條磁軌的寬窄（同樣也與磁頭的大小有關），也取決於定位機構所決定的磁軌間步距的大小。
扇區
作業系統以扇區（Sector）形式將資訊儲存在硬碟上，每個扇區包括512個位元組的資料和一些其他資訊。一個扇區有兩個主要部分：儲存資料地點的識別符號和儲存資料的資料段。
識別符號是扇區頭標，包括組成扇區三維地址的三個數字：扇區所在的磁頭（或盤面）、磁軌（或柱面號）以及扇區在磁軌上的位置（即扇區號）。頭標中還包括一個欄位，其中有顯示扇區是否能可靠儲存資料或者是否已發現某個故障而不宜使用的標記。有些硬碟控制器在扇區頭標中還記錄有指示字，可在原扇區出錯時指引磁碟轉到替換扇區或磁軌。最後，扇區頭標以迴圈冗餘校驗（CRC）值作為結束，以供控制器檢驗扇區頭標的讀出情況，確保準確無誤。
扇區的第二個主要部分是儲存資料的資料段，可分為資料和保護資料的糾錯碼（ECC）。在初始準備期間，計算機用512 個虛擬資訊位元組（實際資料的存放地）和與這些虛擬資訊位元組相應的 ECC 數字填入這個部分。
扇區頭標包含一個可識別磁軌上該扇區的扇區號。有趣的是，這些扇區號物理上並不連續編號，它們不必用任何特定的順序指定。扇區頭標的設計允許扇區號可以從1 到某個最大值，某些情況下可達255。磁碟控制器並不關心上述範圍中什麼編號安排在哪一個扇區頭標中。在很特殊的情況下，扇區還可以共用（相同的）編號。磁碟控制器甚至根本就不管資料區有多大，只管讀出它所找到的資料，或者寫入要求它寫的資料。
硬碟如何讀寫資料？
寫資料時：
當要儲存檔案時，硬碟會按柱面、磁頭、扇區的方式進行儲存，即將儲存的資料先儲存在第1個盤面的第1磁軌的所有扇區，如果所有扇區無法存下所有資料，接著在同一柱面的下一磁頭所在盤面的第1磁軌的所有扇區中繼續寫入資料。如果一個柱面儲存滿後就推進到下一個柱面，直到把檔案內容全部寫入磁碟。
在儲存檔案時，系統首先在磁碟的 DIR（目錄表）區中找到空區寫入檔名、大小和建立時間等響應資訊，然後在DATA （資料區）找到空閒位置將檔案儲存，並將DATA區的第一個簇寫入 DIR 區。
讀資料時：
當要讀取資料時，硬碟的主控晶片會“告訴”磁碟控制器要讀出資料所在的柱面號、磁頭號和扇區號。接著磁碟控制器則直接使磁頭部件進到相應的柱面，選通相應的磁頭，等待要求的扇區移動到磁頭下。在扇區到來時，磁碟控制器讀出每個扇區的頭標，把這些頭標中的地址資訊與期待檢出的磁頭和柱面號做比較（即尋道），然後，尋找要求的扇區號。待磁碟控制器找到該扇區頭標時，讀出資料和尾部記錄。
在讀取檔案時，系統先從磁碟目錄區中讀取檔案資訊，包括檔名、字尾名、檔案大小、修改日期和檔案在資料區儲存的第一個簇的簇號。接著從第1個簇中讀取相應的資料，然後再到FAT表（檔案分配表）的相應單元（第一個簇對應的單元），如果內容是檔案結束標誌（FF），則表示檔案結束，如果不是檔案結束標誌，則是下一個儲存資料的簇的簇號，接下來再讀取對應簇中的內容，這樣重複下去一直到遇到檔案結束標誌，檔案讀取完成。
資料刪除原理
刪除資料時：
Windows 檔案的刪除工作卻是很簡單的，將磁碟目錄區的檔案的第一個字元改成 E5 就表示該檔案刪除了。
儲存在硬碟中的每個檔案都可分為兩部分：檔案頭和儲存資料的資料區。檔案頭用來記錄檔名、檔案屬性、佔用簇號等資訊，檔案頭儲存在一個簇並對映在 FAT 表（檔案分配表）中。而真實的資料則是儲存在資料區當中的。平常所做的刪除，其實是修改檔案頭的前2個程式碼，這種修改對映在FAT表中，就為檔案作了刪除標記，並將檔案所佔簇號在FAT表中的登記項清零，表示釋放空間，這也就是平常刪除檔案後硬碟空間增大的原因。而真正的檔案內容仍儲存在資料區中，並未得以刪除。要等到以後的資料寫入，把此資料區覆蓋掉，這樣才算是徹底把原來的資料刪除了。如果不被後來儲存的資料覆蓋，它就不會從磁碟上抹掉。
資料如何丟失的？
硬碟資料丟失的原因較多，一般可以分為人為原因、自然原因、軟體原因、硬體原因。
人為原因造成的資料丟失：
人為原因主要是指由於使用人員的誤操作造成的資料丟失，如誤格式化或誤分割槽、誤克隆、誤刪除或覆蓋、人為地摔壞硬碟等。
人為原因造成的資料丟失現象一般表現為作業系統丟失，無法正常啟動系統，磁碟讀寫錯誤，找不到所需要的檔案，檔案打不開，檔案開啟後亂碼，硬碟沒有分割槽，提示某個硬碟分割槽沒有格式化，硬碟被強制格式化，硬碟無法識別或發出異響等。
自然災害造成的資料丟失：
自然災害造成的資料被破壞，如水災、火災、雷擊、地震等造成計算機系統的破壞，導致儲存資料被破壞或完全丟失，或由於操作時斷電、意外電磁干擾造成資料丟失或破壞。
自然災害原因造成的資料丟失現象一般表現為硬碟損壞（硬碟無法識別或盤體損壞）、磁碟讀寫錯誤、找不到所需要的檔案、檔案打不開、檔案開啟後亂碼等。
軟體原因造成的資料丟失：
軟體原因主要是指由於受病毒感染、零磁軌損壞、硬碟邏輯鎖、系統錯誤，或癱瘓、軟體Bug 對資料的破壞等造成資料丟失或被破壞。
軟體原因造成的資料丟失現象一般表現為作業系統丟失，無法正常啟動系統，磁碟讀寫錯誤，找不到所需要的檔案，檔案打不開，檔案開啟後亂碼，硬碟沒有分割槽，提示某個硬碟分割槽沒有格式化，硬碟被鎖等。
硬體原因造成的資料丟失：
硬體原因主要是指由於計算機裝置的硬體故障（包括儲存介質的老化、失效）、磁碟劃傷、磁頭變形、磁臂斷裂、磁頭放大器損壞、晶片組或其他元器件損壞等造成資料丟失或破壞。
硬體原因造成的資料丟失現象一般表現為系統不識別硬碟，常有一種“咔嚓咔嚓”或“哐當哐當”的磁阻撞擊聲，或電機不轉、通電後無任何聲音、磁頭定位不準造成讀寫錯誤等。
哪些可以恢復？
在實際操作中，刪除檔案、重新分割槽並快速格式化（Format不要加U引數）、快速低階格式化、重整硬碟缺陷列表等，都不會把資料從物理扇區的資料區中實際抹去。
刪除檔案只是把檔案的地址資訊在列表中抹去，而檔案資料本身還是在原來的地方，除非複製新的資料覆蓋到那些扇區，才會把原來的資料真正抹去。
重新分割槽和快速格式化只不過是重新構造新的分割槽表和扇區資訊，同樣不會影響原來的資料在扇區中的物理存在，直到有新的資料去覆蓋它們為止。
快速低階格式化，是用DM軟體快速重寫盤面、磁頭、柱面、扇區等初始化資訊，仍然不會把資料從原來的扇區中抹去。
重整硬碟缺陷列表也是把新的缺陷扇區加入G列表或者P列表中，而對於資料本身，其實還是沒有實質性影響。但對於那些本來儲存在缺陷扇區中的資料就無法恢復了，因為扇區已經出現物理損壞，即使不加入缺陷列表，也很難恢復。
對於上述這些操作造成的資料丟失，一般都可以恢復。在進行資料恢復時，最關鍵的一點是在錯誤操作出現後，不要再對硬碟做任何無意義操作，也不要再向硬碟裡面寫入任何內容。一般對於上述操作造成的資料丟失，在恢復資料時，可以透過純粹的資料恢復軟體來恢復（如EasyRecovery、 Final Data等）。但如果硬碟有輕微的缺陷，用純粹的資料恢復軟體恢復將會有一些困難，應該稍微修理一下，在硬碟可以正常使用後，再用軟體進行資料恢復。
另外，如果硬碟已經不能動了，這時需要使用成本比較高的軟硬體結合的方式來恢復。這種資料恢復方式的關鍵在於用於恢復的儀器裝置。這些裝置都需要放置在級別非常高的超淨無塵工作間裡面。這些裝置的恢復原理一般都是把硬碟拆開，把損壞的硬碟的磁碟放進機器的超淨工作臺上，然後用鐳射束對碟片表面進行掃描。因為盤面上的磁訊號其實是數字訊號（0和1），所以相應地，反映到鐳射束髮射的訊號上也是不同的。這些儀器就是透過這樣的掃描，完整地把整個硬碟的原始訊號記錄在儀器附帶的電腦裡面，然後再透過專門的軟體分析來進行資料恢復，還可以將損壞的硬碟的磁碟拆下後安裝在另一個型號相同的硬碟中，藉助正常的硬碟讀取拆下來的磁碟的資料。
硬碟電路板損壞後，一般會出現CMOS不認硬碟、硬碟有異響、硬碟資料讀取困難、硬碟有時能夠讀取資料有時不能讀取資料等類似的不穩定故障，這時需要對硬碟進行維修，更換損壞的晶片、重新刷寫韌體、更換電路板等來維修。
如果問題在硬碟電路板上，那麼資料一般不會受到破壞，根據硬碟電路板故障，更換損壞的元器件，或重新刷寫韌體，或更換電路板，然後即可把資料正常讀出。
硬碟電路板故障造成的資料丟失原因較多，恢復資料時需要根據不同故障情況進行恢復。
實操 如何恢復？
DiskGenius
介紹： DiskGenius 是一款功能全面的磁碟管理和資料恢復軟體，原名 PartitionGuru。它提供了分割槽管理、檔案恢復、備份、磁碟克隆、虛擬磁碟恢復等多種功能。DiskGenius 支援多種檔案系統，包括 NTFS, FAT32, EXT3, EXT4 等，並且可以處理從傳統硬碟到 SSD 和 RAID 陣列的各種儲存裝置。
主要作用：
- 分割槽管理：建立、刪除、格式化、隱藏分割槽等。
- 資料恢復：從刪除、格式化、損壞的分割槽中恢復資料。
- 磁碟備份與克隆：完整備份和恢復磁碟或分割槽，克隆磁碟。
- 硬碟健康檢查：檢查和修復磁碟問題，如壞道。
- 虛擬磁碟恢復：支援恢復 VMware, VirtualBox 和 Microsoft Virtual PC 虛擬機器的檔案。
Recoverit
介紹： Recoverit 是由 Wondershare 開發的一款強大的資料恢復工具，專門設計用於恢復因誤刪除、硬碟損壞、分割槽丟失、病毒攻擊和系統崩潰等原因丟失的檔案。Recoverit 支援超過 1000 種檔案格式的恢復，包括圖片、影片、文件、電子郵件、音訊檔案等。
主要作用：
- 全面資料恢復：從各種儲存裝置包括計算機硬碟、外部硬碟、USB驅動器、SD卡等恢復資料。
- 高階影片恢復：特別最佳化用於恢復影片檔案，可以修復損壞的影片檔案。
- 啟動式恢復：當計算機系統無法啟動時，Recoverit 允許建立一個可啟動的恢復環境來恢復資料。
恢復成功
RStudioPortable
介紹： RStudioPortable 是 R-Studio 資料恢復軟體的便攜版本，不需要安裝即可執行。R-Studio 是一款專業級的資料恢復工具，用於恢復已刪除、損壞或格式化的檔案和磁碟。該軟體支援廣泛的檔案系統，並且具備網路恢復功能，可以在網路上的另一臺計算機上執行資料恢復任務。
主要作用：
- 複雜的資料恢復：對於高階使用者，提供了深度掃描和資料恢復的複雜選項。
- 網路資料恢復：支援透過網路恢復資料，適合需要遠端恢復資料的情況。
- 支援多種檔案系統：包括 FAT12/16/32, NTFS, NTFS5, HFS/HFS+, UFS1/UFS2, Ext2/Ext3/Ext4 FS 等。
- 檔案預覽：在恢復之前可以預覽檔案，幫助使用者確定是否是需要恢復的正確檔案。
恢復成功
這三款軟體各有特點，DiskGenius 更側重於磁碟管理與資料恢復的綜合工具，Recoverit 專注於資料恢復，特別是影片和其他媒體檔案的恢復，而 RStudioPortable 則是一款面向專業使用者的高階資料恢復工具，特別適用於複雜的資料恢復場景和網路恢復任務。