Резюме
Восстановление данных с полупроводниковых накопителей отличается от работы с жесткими дисками, главным образом на уровне диагностики и устранения физических неполадок. В отношении карт памяти о физическом ремонте речь практически не идет, но flash-диски USB вполне ремонтопригодны даже в домашних условиях. Как и в случае с винчестерами, оптимально при первой же возможности создать образ носителя, а все операции по анализу, поиску и извлечению данных проводить с этим образом, сохраненным на жесткий диск.
На уровне работы с образом принципиальной разницы не существует: здесь обычно применяются те же программы, что и при работе с жесткими дисками. Специальные приложения для работы с различными типами карт памяти обладают лишь небольшим преимуществом: многие из них определяют больше форматов файлов, характерных для цифровых камер, в том числе и устаревших.
Извлечение данных из SIM-карт – относительно новое направление в восстановлении утерянной информации. Для этой операции необходим SIM кард-ридер USB и одна из программ, рассчитанная на работу специально с SIM-картами.
Глава 5 Восстановление данных с лазерных дисков
• Принципы хранения данных на лазерных дисках
• Причины потерь данных
• Восстановление данных при физических повреждениях
• Программное восстановление данных
• Резюме
Лазерные диски – неотъемлемая часть нашей повседневной жизни. Первоначально задуманные как носители музыкальных записей, очень скоро диски стали основным средством долгосрочного резервного копирования и хранения архивной информации.
Иногда встает задача восстановить данные с диска, выпущенного в конце XX века. Лазерные диски заводского изготовления редко бывают в единственном экземпляре, ведь тиражи достигают десятков и сотен тысяч экземпляров, однако отыскать дубликат подчас сложнее, чем извлечь данные с того диска, который наконец найден. Тем не менее именно на возможности найти несколько одинаковых компакт-дисков, даже поврежденных, но по-разному, основан один из методов восстановления.
Актуальным является восстановление архивов мультимедиа с записываемых и перезаписываемых дисков, ведь с появлением записывающих приводов многие пользователи стали хранить на таких носителях уникальные семейные альбомы, считая их практически вечными. На записываемых дисках нередко оказываются и резервные копии корпоративных данных, и с течением времени компакт-диск может оказаться единственным местом хранения устаревшей, но вдруг понадобившейся информации. Как правило, из исходного расположения файлы уже давно удалены.
Принципы хранения данных на лазерных дисках
На лазерных, или оптических, дисках информация записывается благодаря разной отражающей способности отдельных участков такого диска. Все оптические диски схожи тем, что носитель (диск) всегда отделен от привода, который является стандартным устройством компьютера. В отличие от жестких дисков или flash-накопителей аппаратных проблем с лазерными дисками гораздо меньше, и решаются они намного легче – простой заменой привода. Физическое расположение данных на лазерном диске строго стандартизировано, а сведения обо всех стандартах общедоступны, хотя спецификаций создано много.
Виды носителей и технологии
Первые лазерные диски были созданы 1980 году компаниями SONY и Philips для записи звука. Эти диски (CD-DA) воспроизводились на бытовых проигрывателях. С тех пор внешний вид и геометрические размеры любых лазерных дисков остаются неизменными. Диск представляет собой поликарбонатную пластину диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм, в центре которой находится отверстие диаметром 15 мм. На диск нанесена спиральная дорожка, начинающаяся в центральной части и идущая к периферии. Первоначально существовали лишь диски, тиражируемые промышленным способом со специально изготавливаемых матриц, но впоследствии были разработаны технологии, позволяющие записывать лазерные диски на компьютерных приводах CD-R, а затем и CD-RW.
В начале XXI века были разработаны стандарты DVD, которые постепенно должны заменить CD. Эти диски отличаются от CD возросшей в несколько раз плотностью дорожек, а для их чтения и записи используется лазер с меньшей длиной волны. Появились двухсторонние (Double-Sided – DS) и двухслойные (Double Layer – DL) диски, которые напоминают несколько склеенных между собой обычных дисков. Последние разработки – стандарты Blu-Ray и HD-DVD – позволили еще больше увеличить объем данных, хранящихся на лазерном диске, хотя принцип записи остался почти тем же. Большое значение придавалось обратной совместимости стандартов и форматов, чтобы более современные приводы могли работать и со старыми дисками.
На заводских, или штампованных, дисках дорожка образована чередованием впадин и выступов, выдавливаемых на поверхности пластины в процессе штамповки. На эту поверхность впоследствии напыляется тонкий отражающий слой алюминия. Поскольку выступы и впадины отражают лазерный луч по-разному, становится возможным считывание получившегося узора.
На записываемых и перезаписываемых дисках («болванках») обе поверхности пластины совершенно гладкие, а запись и считывание информации связаны с изменением физико-химических характеристик тонкого записываемого слоя, нанесенного на верхнюю сторону пластины (рис. 5.1). Записываемый слой в дисках однократной записи (CD-R или DVD-R) состоит из органического красителя, необратимо изменяющегося под воздействием мощного лазерного луча, а в перезаписываемых дисках (CD-RW или DVD-RW) он образован пленкой специального сплава, способного менять свою отражающую способность в зависимости от условий нагрева и остывания. Так или иначе, физическое качество записи всецело зависит от качества самой болванки и характеристик привода, на котором производилась запись: скорости, точности фокусировки и мощности луча.
Рис. 5.1. Слои лазерных дисков
Во всех случаях на верхнюю, дальнюю от лазера поверхность диска наносится ряд защитных слоев, предохраняющих отражающий слой от повреждений. Хотя защитные слои довольно прочны, с этой стороны диск гораздо уязвимее, чем со стороны подложки. Особенно незащищенными являются перезаписывемые диски – активный слой близок по своим свойствам к жидким кристаллам и реагирует даже на незначительное давление или сгибание диска.
От центра к периферии диск разбит на несколько концентрических областей, или зон (рис. 5.2). Диаметр каждой области строго стандартизирован.
Рис. 5.2. Зоны лазерного диска
• Область посадки или фиксации не содержит каких-либо данных и кладется на шпиндель привода. Неровности и грязь в этой области могут повлиять на балансировку и биение диска при его вращении.
• Область калибровки мощности (Power Calibration Area – PCA) присутствует только на записываемых дисках и служит для пробной записи и автоматической регулировки мощности записывающего лазера в зависимости от индивидуальных особенностей диска и привода.
• Программируемая область памяти (Program Memory Area – PMA) также существует только на записываемых дисках. В ней предварительно записывается временная таблица оглавления (Table of Content – TOC). При завершении сеанса записи эта информация переписывается на нулевую дорожку.
• Нулевая дорожка (Lead-In) содержит оглавление диска или сеанса записи. Оглавление включает в себя начальные адреса и длины всех дорожек, общую длину области данных и информацию о каждом из сеансов записи. Если диск записывается в несколько сеансов, своя нулевая дорожка создается для каждого из сеансов. Стандартный размер нулевой дорожки – 4500 секторов, или около 9,2 мегабайтов данных.
• Область данных содержит полезные данные. Это основная часть диска.
• Конечная зона (Lead-Out) служит маркером конца сеанса записи. Если диск записан в один сеанс, размер конечной зоны составляет 6750 секторов. Если диск записывался в несколько сеансов, для каждого последующего сеанса создается своя конечная зона размером 2250 секторов.
Информация при записи на компакт-диск является многократно избыточной. Это нужно для коррекции возможных ошибок. Хотя считается, что емкость CD-ROM составляет около 700 мегабайтов, в действительности такой диск несет около 2,5 Гбайт информации!
Спиральная дорожка разделена на сектора. Длина одного сектора CD-ROM составляет 17,33 мм, а на стандартном диске помещается до 333 000 секторов. Для DVD стандартное число секторов составляет 2 298 496 (однослойный DVD, DVD-R(W) или 2 295 104 (однослойный DVD+R(W). Каждый сектор состоит из 98 блоков, или фреймов (frames). Фрейм содержит 33 байта информации, из которых 24 байта несут полезные данные, 1 байт содержит служебную информацию, а 8 байтов служат для контроля четности и коррекции ошибок. Эти 8 байтов содержат так называемый код Рида-Соломона, вычисляемый на основании 24 полезных байтов. Таким образом, объем сектора составляет 3234 байта, из которых 882 байта являются избыточными. По ним микропрограмма привода способна воссоздать истинные значения остальных 2352 байтов в случае возникновения ошибок. Более того, из оставшихся 2352 байтов 304 байта отведены для синхронизирующих кодов, битов идентификации, кода коррекции ошибок ECC и кода обнаружения и исправления ошибок EDC. В результате в одном секторе полезными являются 2048 байтов.
Чтобы минимизировать влияние царапин и других физических дефектов, используется перекрестное чередование блоков между смежными секторами. Благодаря этому любой ограниченный дефект, скорее всего, затронет блоки, относящиеся к разным секторам, и не окажется на двух или трех последовательных блоках. В таком случае коррекция ошибок может оказаться весьма эффективной.
Физически на диск записываются последовательности «темных» и «светлых» участков, получаемые в результате EFM-модуляции. Eight-to-Fourteen Modulation – еще один уровень, призванный обеспечить избыточность и сохранность данных. Вместо каждого байта, то есть 8 битов, записывается последовательность из 14 двоичных значений (битов). К этим 14 битам добавляются по три объединяющих бита (merge bits), и длина последовательности возрастает до 17 битов. В начало каждого блока добавляется 24-разрядное число синхронизации.
Схематично описанные здесь алгоритмы являются стандартными и заложены в микропрограмму любого привода. В процессе чтения диска микропрограмма привода осуществляет, при необходимости, коррекцию ошибок и показывает через интерфейс уже чистые сектора по 2048 байтов каждый.
Приводы оптических дисков
Конструкция любых приводов лазерных дисков (рис. 5.3) практически не изменилась с XX века. Все существенные различия приводов CD или DVD, читающих или записывающих, состоят только в лазерах, датчиках и оптических элементах. Разумеется, поддержка новых стандартов потребовала и новых алгоритмов коррекции ошибок, закладываемых в микропрограммы дисководов.
Рис. 5.3. Схема привода лазерных дисков
Диск вращается на оси шпинделя. Частота вращения может доходить до 12 000 об/мин. Под диском перемещается по направляющим каретка, на которой закреплены миниатюрный полупроводниковый лазер, система линз, призм и зеркал, а также приемник-фотоэлемент. В современных комбинированных приводах может быть несколько лазеров. Лазерный луч проходит через оптическую систему, фокусируется на нижней поверхности вращающегося диска, отражается от нее и через те же линзы и призмы вновь попадает на приемник. Приемник преобразует световой луч в электрические сигналы, которые поступают на предварительный усилитель и далее в электронную схему привода.
Верхняя линза является фокусирующей. Она закреплена на очень легких подвесах и может немного смещаться относительно остальных деталей оптической системы. Положением этой линзы управляет сложная автоматика, поэтому луч всегда должен точно фокусироваться на отражающем слое компакт-диска. За счет перемещения каретки лазерный луч можно направить на любой участок диска.
По стандарту на компакт-дисках ширина дорожки составляет около 0,6 мкм, расстояние между соседними дорожками – около 1,6 мкм. Каждый элемент дорожки (впадина или площадка либо участок, отличающийся по отражающей способности от соседнего на записываемом диске) должен иметь протяженность от 0,9 до 3,3 мкм. Для DVD эти размеры значительно меньше. Разница в отражающей способности «темных» и «светлых» участков совсем не велика и составляет не более нескольких десятков процентов. При чтении привод лазерных дисков улавливает довольно незначительные колебания яркости отраженного луча. Когда лазерный луч сфокусирован на отражающем слое диска, создаваемое им пятно должно примерно соответствовать геометрическим размерам дорожек. Если пятно больше, колебания яркости отраженного луча становятся еще меньше, а отклонения в позиционировании усугубляют ситуацию.
Этим объясняется знакомый всем случай, когда на одном приводе диск читается нормально, на другом читается, но неуверенно, а на третьем не читается вовсе с выводом сообщения об ошибке. Парадоксально: вовсе не обязательно, что диск будет лучше всего читаться на том же приводе, на котором он был записан! Разнообразие параметров, как самих дисков, так и приводов, достаточно велико. О дешевых болванках от неизвестных производителей и доле брака среди них даже не стоит говорить. Существуют и изначально неудачные модели дисководов.
Качество привода – понятие весьма расплывчатое. К нему можно отнести тщательность и точность изготовления и сборки механики и оптики, конструктивные особенности, в том числе механизмы балансировки и компенсации люфта, свойства лазерного излучателя, а также особенности микропрограммы.
От микропрограммы зависит поведение дисковода при неустойчивом чтении проблемных дисков. В общем случае чем ниже скорость, тем больше шансов успешно считать диск с плохими оптическими характеристиками. При возникновении большого количества ошибок привод должен ступенчато снижать скорость чтения до тех пор, пока чтение не станет устойчивым, но этот механизм по-разному реализован в различных приводах. В общем случае чем ниже скорость вращения диска, тем проще требования, предъявляемые к его качеству. Согласно эмпирическому правилу о качестве привода CD или DVD можно косвенно судить по соотношению пластмасса/металл, то есть по весу устройства и его цене. При этом речь идет о ценах на модели одного поколения.
Хорошо известны приводы от компании Plextor. При цене, превышающей среднюю цену распространенных дисководов вдвое или втрое, они отличаются стабильностью работы и долговечностью. Кроме того, способностью прочитать даже сильно поцарапанный диск или самую некачественную болванку обладают некоторые модели дисководов марки LG. Стабильным чтением характеризовались и приводы Teac, однако модели выпуска после 2006 года по каким-то причинам стали вызывать нарекания. Опытные компьютерные пользователи, которым по роду занятий часто приходится извлекать данные с нестабильно читающихся дисков, обычно долго выбирают, а затем бережно используют дисковод. Иногда такой привод подключают к компьютеру лишь для чтения им проблемного диска, а в остальное время отключают физически во избежание лишнего износа.
Стандарты и совместимость
Лазерные носители информации, работающие с ними приводы описаны множеством стандартов и спецификаций, а также их модификаций, расширений и дополнений. Пока пользователь записывает и читает диски на конкретном приводе отдельно взятого компьютера, эти вопросы почти никогда его не интересуют. Проблемы возникают, когда появляется диск, записанный непонятным образом. То, что привод отказывается распознать и прочитать этот диск, еще не говорит о дефекте диска или привода. Попробуем схематично разобраться во всем многообразии спецификаций.
«Железный» уровень – это физические характеристики диска, особенно его записываемого слоя, а также конструкция лазера, оптической системы привода и его датчика. Другими словами, конструкция привода должна допускать работу с дисками с определенными физическими параметрами. Здесь можно выделить основные спецификации.
• CD-ROM – штампованный диск, самый старый носитель, который должен читаться практически на любом дисководе.
• CD-R – диск однократной записи с записываемым слоем на основе цианина, азо-красителя или фталоцианина:
– Hi-Speed – отличается материалом и худшей отражающей способностью записываемого слоя;
– Ultra-Speed – отличается материалом и еще более низкой отражающей способностью записываемого слоя.
• CD-RW – перезаписываемый диск с записываемым слоем на основе сплавов серебра (Ag), индия (In), сурьмы (Sb) и теллура (Te):
– Hi-Speed – отличается материалом и низкой отражающей способностью записываемого слоя;
– Ultra-Speed – отличается материалом и еще более низкой отражающей способностью записываемого слоя.
Таким образом, внутри стандарта CD уже существует семь «железных» вариантов, каждый из которых требует аппаратной поддержки. Совместимость «сверху вниз» соблюдается почти всегда: более новые приводы могут работать со всеми более старыми дисками, но не наоборот. Видимо, стандарт CD уже завершил свое развитие и постепенно уходит в прошлое, однако на CD за много лет накоплено огромное количество архивной информации:
• DVD-ROM – штампованный диск, самый первый из поколения DVD;
• DVD-R – одна из технологий DVD однократной записи;
• DVD+R – другая технология DVD однократной записи;
• DVD-RW – одна из технологий перезаписываемых DVD;
• DVD+RW – другая технология перезаписываемых DVD;
• DVD-RAM – третий вариант, отличающийся и организацией дорожек, и, частично, свойствами записываемого слоя.
Кроме того, внутри каждой из спецификаций DVD существуют одно– и двухслойные диски: двухслойные диски требуют возможности перефокусировки лазера на каждый из слоев и большего диапазона регулировки мощности луча. Это же касается одно– и двухсторонних дисков: при одинаковой общей толщине отражающий слой (слои) двустороннего диска оказываются ближе к линзе. Скоростные характеристики DVD R/RW особо не оговариваются, но более старые приводы нередко отказываются работать с новыми болванками, рассчитанными на большую максимальную скорость записи: им просто недостаточно мощности лазера. Таким образом, внутри стандарта DVD существует более двадцати возможных «железных» вариантов.