Расширяем стандартные возможности жесткого диска — «Хакер»

Жесткий диск является самым сложным механическим элементом наших компьютеров и ноутбуков. Ведь внутри него находится пакет из дисков, покрытых магнитным материалом и вращающихся с большой скоростью. А считывающие и записывающие информацию головки парят над дисками на расстоянии всего несколько нанометров. Поддерживается зазор между считывающей головкой и магнитным диском только за счет потока воздуха.

WARNING

Вся информация предоставлена исключительно в ознакомительных целях. Ни редакция, ни автор не несут ответственности за любой возможный вред, причиненный материалами данной статьи.

Проверка наличия повреждений

Прошивка на внутреннем диске ПК – это программное обеспечение, отвечающее за его основные функции, включая доступ к данным, а также чтение и запись на нем. Она записывается в системной области накопителя и состоит из группы информационных модулей, отвечающих за определенные функции. Некоторые из них могут восстановить другие, если они повреждены.

Иногда визуально нельзя определить о состоянии прошивки жесткого диска, но существуют некоторые симптомы, указывающие на повреждения:

1. Диск не запускается.
2. Шум при работе.
3. Диск реагирует медленно.
4. Диск не работает должным образом.
5. Диск не распознается компьютером.
6. Поцарапанные платтеры.
7. Удаленные данные.
8. Щелчки или звуковые сигналы.
9. Сбой обновления прошивки жесткого диска.

Зачастую для ремонта жесткого диска требуется специальное оборудование, которое есть только у специалиста по восстановлению данных, но также необходимы экспертные знания и навыки, чтобы узнать, как выявлять и ремонтировать поврежденные модули.

Что такое переназначенные сектора и почему они появляются?

Из-за особенностей конструкции, жесткий диск чрезвычайно уязвим к тряске, ударам и вибрации в рабочем состоянии. Достаточно один раз задеть ногой работающий компьютер так, чтобы он качнулся, или с грохотом поставить включенный ноутбук на стол и все — головка жесткого диска задевает поверхность «блина» и царапает его.

В результате магнитная поверхность повреждается, файлы с испорченного участка перестают считываться.

Жесткий диск постоянно производит самодиагностику, занося множество параметров работы в данные S.M.A.R.T. (система самодиагностики жесткого диска). И такие испорченные участки магнитной поверхности он помечает как «поврежденный сектор» или «bad block».

Но возникнуть поврежденные сектора могут не только из-за тряски и толчков диска, но и из-за постепенного износа и деградации механизмов жесткого диска, когда отслоившиеся частички магнитного слоя попадают между головкой и «блином», вызывая лавинообразное появление поврежденных секторов.

Усугубляет ситуацию слишком высокая или низкая температура жесткого диска, а также ее резкие перепады.

Вышеописанные поврежденные сектора являются физическими, то есть они присутствуют в виде повреждений магнитной поверхности. Но бывают и логические поврежденные сектора, которые появляются на диске в результате сбоя программного обеспечения, окисления контактов на плате, плохого электропитания или поврежденного кабеля передачи данных.

В любом случае, у жесткого диска имеется резервная область магнитной поверхности, и он переназначает испорченный сектор из нее. Теперь при обращении к нему головка жесткого диска будет считывать и записывать сектор из резервной области.

В параметрах S.M.A.R.T. увеличится значение Reallocated Sector Count — это количество переназначенных секторов. Также может увеличиваться значение Reallocated Event Count.Этот параметр напрямую связан с Reallocated Sector Count, но иногда его рост может происходить отдельно. Например, в случаях, когда жесткому диску удалось все-таки прочитать сбойный сектор.

Еще один важный параметр S.M.A.R.T., указывающий на здоровье диска, это Current Pending Sector Count. Это количество нестабильных секторов, которые то читаются, то нет.

Перед тем, как начать

Первым делом, нужно правильно выбрать жесткий диск, так как не все HDD подходят для работы с приставкой Xbox 360.

Во-первых, это обязательно должен быть один из этих носителей марки WD:

С жесткими дисками других разработчиков проделывать этот трюк мы не рекомендуем, так как вы просто можете испортить HDD.

Во-вторых, используйте жесткий диск с объемом памяти до 320 Гб. Эта цифра является ограничением прошивки консоли. Конечно, можете использовать накопитель большого объема, но прошить его на 320 Гб. Вот только это будет не целесообразно в финансовом плане: зачем покупать больше, если будете использовать меньше?

В-третьих, в качестве дополнительных инструментов вам понадобятся: заархивированная прошивка, компьютер с разъемами SATA и флешка.

Основные технические характеристики HDD

Иногда выбор жесткого диска оказывается проблемой для профессионалов, что уже говорить об обычном пользователе.

Можно выделить несколько базовых характеристик, которые помогут сформировать общее представление о параметрах винчестеров.

Первая характеристика – размер. Чаще всего это 2,5 и 3,5 дюйма в ширину. При этом, на жесткий диск 3,5 дюйма можно записать большее количество информации. Оборудуют таковыми преимущественно стационарные компьютеры, а винчестеры меньших размеров устанавливают на ноутбуки – они легче и потребляют меньшее количесство энергии.

Второе – толщина жесткого диска. Варьируется этот показатель от 7 до 12,5 мм.

Естественно, чем больше толщина винчестера, тем больше информации он может на себя вместить. При этом стандартная толщина жесткого диска в ноутбуке – 9,5 мм.

Третий фактор – скорость вращения. Здесь все просто: чем больше скорость вращения, тем выше производительность компьютера.

Мощные модели имеют скорость обращения диска от 7200 оборотов в минуту, но при этом шумят. Используются они на устройствах с хорошей системой охлаждения.

Более медленные модели дисков вращаются со скоростью 5200 – 5900 оборотов в минуту. Их преимуществом являться тишина при работе и низкая степень нагрева.

Есть еще отдельная категория чрезвычайно мощных винчестеров – от 10 000 об/мин. При работе выделяют такое количество тепла, что во избежание перегрева требуют отдельных радиаторов.

Количество памяти жесткого диска – это четвертая характеристика, на которую следует обратить особое внимание при выборе изделия. В стандартном ноутбуке винчестер размером 2,5 дюйма и толщиной в 9,5 мм обладает памятью в 1 терабайт. Для большинства задач этого вполне хватает. Что касается стационарных компьютеров, до диски шириной 3,5 дюйма и толщиной 12,5 мм могут хранить до 4 Тбайт информации.

При выборе винчестера следует обращать внимание на соотношение мощности устройства и степень производимого им шума.

Неисправность электронной платы

Неисправности в электронной плате или печатной плате жесткого диска препятствуют запуску и замене прошивки жесткого диска. Обычно это происходит потому, что диск не подает необходимый токовый сигнал в различные части, такие как двигатель, микроконтроллер основной или всей печатной платы. Когда печатная плата повреждена, в 99 % случаев она не заменяема, В процессе производства каждого диска существуют микроскопические различия в форме, положении и адаптации головок чтения и записи, которые требуют индивидуальной калибровки каждого устройства.

Результаты этой калибровки частично сохраняются на печатной плате, и без них диск не знает, как работать, поэтому очень важно иметь оригинальную печатную плату. Есть очень сложные случаи, когда пораженная электронная часть находится внутри жесткого диска. В этих случаях наиболее подверженным воздействию компонентом обычно является предварительный усилитель сигнала, поступающего от головок, обычно расположенных во внутреннем механическом рычаге.

Пациент

Итак, перед нами плата типичного жесткого диска Western Digital WD5000AAKX объемом в 500 Гб (рис. 1). Что мы имеем:

1. Микросхема DRAM. Интереса как такового не представляет, мануал легко можно найти в Сети. Память этих чипов колеблется от 8 до 64 Мб и соответствуют размеру кеша жесткого диска.
2. Контроллер двигателя шпинделя. Отвечает за управление механикой, регулирует мощность и имеет некоторые аналоговые/цифровые каналы. На чип Smooth L7251 3.1 мануалы отсутствуют, но можно попробовать поискать похожие микросхемы.
3. Флеш-память. На некоторых винчестерах микросхема отсутствует, но флеш-память бывает встроена в чип контроллера диска. Обычно имеет размер в пределах от 64 до 256 Кб. Используется для хранения программы, от которой загружается контроллер жесткого диска.
4. И самая любопытная для нас вещь — контроллер жесткого диска. Их производят компании Marvell, ST, LSI и другие. Некоторые компании, производящие винчестеры, делают свои собственные контроллеры, как, например, Samsung и Western Digital.

Контроллер жесткого диска предназначен для управления операциями преобразования и обмена данными от головок чтения/записи к интерфейсу накопителя. К сожалению, компания Marvell не хочет выкладывать документацию на свою продукцию в открытый доступ. Ну что ж, попробуем разобраться сами.

Причины неисправной работы жестких дисков

Даже самый качественный и дорогостоящий жесткий диск может сломаться. Рассмотрим причины, которые могут сократить срок службы винчестеров.

1. Перегрев. Наиболее распространенная и банальная причина. Рано или поздно ноутбук или компьютер накапливает в себе пыль, доступ воздуха к винчестеру уменьшается, температура внутри устройства растет… Результат – ноутбук в ремонте. По этой же причине нельзя размещать компьютеры возле отопительных приборов или жарких и влажных помещениях.
2. Не качественное электроснабжение. Резкие скачки напряжения отрицательно сказываются на работе винчестера, поскольку могут повредить поверхность жесткого диска и являются одной из главных причин его преждевременного выхода из строя. При этом, блок питания компьютера не всегда предупреждает подобные ситуации. Единственным выходом из данной ситуации является приобретение бесперебойника.
3. Механические повреждения. Если с проблемой перегрева или скачков напряжения компьютер, как машина умная и интеллектуальная в состоянии справится и предупредить поломку, то от ударов и неаккуратной эксплуатации пользователя он защитить себя не может.
4. Неправильная работа с жестким диском. Проблема потери данных может возникнуть, если пользователь выполняет перезагрузку компьютера, в то время, когда винчестер еще не завершил действия по разбивке пространства. Конечно, современные программы позволяют восстановить данные, но процесс это весьма длительный, трудоемкий и к тому, же финансово затратен.
5. Брак на производстве. От этого, к сожалению никто не застрахован, и бракованные изделия попадаются, даже не смотря на сложную систему контроля продукции производителем. Так что, если при покупке ноутбука или компьютера вас смущают посторонние шумы, щелчки и треск – обратитесь в гарантийный отдел.

Чтоб продлить срок службы винчестера, а следовательно сохранить все ваши данные, позаботьтесь о правильной эксплуатации устройства. Если имеются проблемы с напряжением – подключите бесперебойник, а при транспортировке используйте специальные сумки для ноутбуков, дабы защитить машину от ударов и повреждений.

INFO

Кстати говоря, Джероен решил поделиться результатами своих исследований и выложил почти весь исходный код на своем сайте.

Алгоритм перепрограммирования накопителя

Перед тем как обновить программное обеспечение, нужно знать серийный номер накопителя и ввести его в Download Finder, чтобы узнать, доступно ли обновление для продукта. Если пользователь обнаружит обновление, то необходимо выполнить все инструкции на мониторе ПК.

Алгоритм перепрошивки:

1. В Windows выбирают свойства системы. На этом экране появится информации о том, какая версия ОС установлена – 32-битная или 64-битная, а также марка процессора материнской платы – Intel или AMD.
2. Перед тем как узнать прошивку жесткого диска, открывают Диспетчер устройств в левом верхнем углу и Дисковые накопители.
3. Открывают диск, нажав его мышью, и выбирают свойства.
4. Проверяют обновления прошивки, она должна соответствовать диспетчеру устройств.
5. Если потребуется обновление открывают веб-браузер и переходят на сайт производителя жесткого диска.
6. Получают доступ к разделу поддержки или загрузки, и находят нужный номер модели компьютера или жесткого диска.
7. Нажимают на ссылку для скачивания обновления прошивки.
8. Переносят файл обновления прошивки на дискету, USB или другой внешний накопитель, который принимает ПК.
9. Дважды нажмите загруженный файл и следуйте инструкциям на экране, чтобы установить программу ISO.
10. Открывают программу после установки и следуя процедуре, чтобы получить копию обновления прошивки на перезаписываемом компакт-диске.
11. Перезагружают компьютер и дожидаются появления нового экрана меню, и перебирают опции с помощью клавиш со стрелками на клавиатуре.
12. Выделяют жесткий диск и нажимают клавишу «Ввод».
13. После того, как операционная система завершит загрузку, открывают значок «Компьютер» на рабочем столе.
14. Переходят к внешнему накопителю.
15. Дважды нажимают исполняемый файл, сохраненный на диске, и следуют инструкциям, появляющимся на экране, чтобы обновить прошивку жесткого диска.

Терминальный режим жесткого диска

При работе в терминальном режиме пользователь может взаимодействовать с жестким диском посредством диагностических команд. Этот метод применяется для диагностики и ремонта накопителей Seagate и Toshiba, в Western Digital такая возможность отсутствует из-за сложности подключения. Терминальный режим фактически предоставляет полный root — управление механикой и логикой устройства. С его помощью можно также обновить или перезагрузить прошивку винчестера. Список команд для большинства накопителей можно посмотреть в интернете. А на плате жесткого диска имеется специальный разъем для подключения через последовательный порт.

Рис. 2. Разъем для подключения через последовательный порт. Одной тайной меньше

Для доступа в терминальный режим понадобится устройство-адаптер, необходимое для преобразования уровней сигналов RS-232 в уровни TTL (такие адаптеры имеются в продаже, но можно собрать и самому — все необходимые схемы находятся в свободном доступе, а в качестве основы можно взять некоторые модели Arduino). Мы же возьмем готовый чип FTDI, который преобразует USB в последовательный интерфейс для микроконтроллера Atmega. Нужно соединить GND и RESET, а для подключения использовать контакты RX и TX.

Рис. 3. Arduino Nano в качестве адаптера

Для работы с COM-портом используем любую понравившуюся программу — например, PuTTY или Hiperterminal. Выбираем тип подключения, вводим номер COM-порта и другие настройки:

Speed : 9600Data Bits : 8Stop Bits : 1Parity : NoneFlow Control : NoneРис. 4. Окно настроек PuTTY

Для проверки работоспособности схемы нужно замкнуть RX и TX между собой. В результате все набираемые символы отобразятся в двойном количестве. Это происходит из-за того, что введенные данные будут передаваться по линии TX, а затем они же вернутся по линии RX. Делается это так: отключив SATA-кабель, соединяем выход TX диска с входом RX адаптера, и наоборот — RX адаптера с TX диска. Подключаем питание. После нажатия клавиш <Ctrl + Z>, получаем приглашение Т> (или F> для неисправных HDD) и вводим команды. Для получения списка команд вводим /C, а затем Q.

Из-за большого количества команд инженеры Seagate разделили их структуру на уровни. Такие команды, как чтение, запись, поиск, лог ошибок, доступны сразу на нескольких различных уровнях. Чтобы переключить жесткий диск для работы на другом уровне, надо воспользоваться командой /x.

Уровень Т — сертификационные испытания.Уровень 1 — команды управления памятью.Уровень 2 — команды настройки механики привода.Уровень 3 — поисковые команды.Уровень 4 — команды слежения серводвигателя.Уровень 5 — используется только в заводских условиях.Уровень 6 — адаптивные команды управления.Уровень 8 — специальные команды настройки записи.Уровень 9 — команды режима системы контроля дефектов.Рис. 5. Обнуление S.M.A.R.T.

Кроме этих девяти уровней, есть еще два дополнительных набора команд: сетевые и общие. Основной целью сетевых команд является отображение изменения текущего состояния системы. Общие команды используются для доступа к регистрам, буферной памяти и данным.

Вообще, терминальный режим предоставляет много интересных возможностей. Например, команда низкоуровневого форматирования может не только снести данные подчистую без возможности восстановления, также, если во время форматирования кто-нибудь отключит питание, винчестер сможет сам «доформатироваться» при первом же его включении. В общем, это тема, достойная отдельной статьи. Мы же движемся дальше.

Запись информации в сервисные разделы HDD

В любом жестком диске присутствуют сервисные разделы. Они предназначены для хранения служебных программ винчестера, таких как S.M.A.R.T., модули раннего обнаружения ошибок, модули самодиагностики и так далее. К счастью, все эти данные не занимают выделенное место полностью, а значит, при правильном подходе мы можем использовать это бонусное пространство. Сервисные разделы не следует путать с DCO или HPA, которые могут быть легко обнаружены и доступны через стандартные ATA-команды.

В отличие от остальных методов скрытия информации запись в сервисный раздел не оставляет за собой никаких следов и незаметна для специальных программ поиска, которыми пользуются правоохранительные органы. Одним словом, это место идеально подойдет для хранения текстовых файлов с адресами, паролями, явками и прочего.

Для доступа к информации из сервисных разделов не подойдут стандартные ATA-команды, вместо этого для записи и чтения используются специальные команды VSC (Vendor Specific Commands). Как правило, производители держат в секрете эти команды, но порой выпускают утилиты для работы с сервисными разделами — например, программа wdidle3.exe от компании Western Digital и ее опенсорсный аналог idle3-tools. Еще один пример для WD — программа HDDHackr, меняющая записи в системных разделах HD.