Восстановление данных с USB Flash Drive

Как известно, обращение к информации на любых носителях, в том числе flash-памяти, происходит через файловую систему, чье пространство логических дисков делится на кластеры. Физически же данные располагаются в ячейках памяти (в случае flash) или в секторах (в HDD, ODD, FDD). Каждая ячейка памяти имеет свой адрес. Трансляцией внешнего адреса информации в адрес, понятный накопителю, занимается контроллер при помощи системного программного модуля - транслятора.

Все эти составляющие часто выходят из строя в flash-накопителях: выходит из строя контроллер, сбивается транслятор или нарушается файловая система.

Восстановление данных с flash-накопителей (USB flash drive, карты SD, MMC, CF, MS, SM) зависит от того, что произошло с любым накопителем на NAND-памяти. Итак, все неисправности можно подразделить на логические, электрические и механические.

Логические повреждения

Для этого типа повреждения данных характерно то, что сам накопитель остается в рабочем состоянии, определяется системой и, возможно, видна часть информации. Логические повреждения данных могут возникнуть при сбоях питающих напряжений, плохого контакта разъема, а также сбоях операционной системы.

Основная причина неисправности – преждевременное извлечение устройства из разъема или внезапное отключение питания, когда операционная система не успевает обновить файловую систему носителя.

К этому типу повреждений можно отнести и форматирование или удаление данных пользователем.

Носитель физически исправен, но опознается как пустой или неформатированный, а ранее записанные данные не видны. Компьютер может предлагать отформатировать такую флэшку. При этом накопитель корректно отображается в списке устройств. В этом случае повреждена файловая система, точнее ее служебные таблицы. Данные обычно остаются на месте и их можно пытаться восстановить с помощью различных эвристических программ. Любая эвристика основана на некоторых допущениях и применительно к флэш-носителям эти допущения не всегда верны. Программы могут в упор не видеть данные и тогда требуется кропотливая ручная работа. Восстановление цифровых фотографий также зависит от формата данных (JPG, TIFF или RAW) и от прошивки конкретной цифровой камеры.

Восстановление данных в этом случае осуществляется с помощью специального программного обеспечения в ручном или автоматическом режиме. При использовании программного обеспечения сначала происходит сканирование всей флэшки. В результате сканирования, на основе обнаруженной служебной информации, составляется «карта» расположения данных. В «карте» содержится информация о том, какой кластер к какому файлу или каталогу относится, размеры, названия и другие атрибуты элементов сканируемой файловой системы. Затем происходит само восстановление данных, заключающееся в том, что выбранная информация переносится на другой носитель.
Запись на флэш в процессе восстановления данных не производится.

Профилактика: аккуратно завершайте работу с флэш-носителями. В компьютерах и ноутбуках используйте "безопасное извлечение устройства". В цифровых камерах и другой подобной технике следите за зарядом аккумулятора и выключайте питание не раньше, чем закончится запись на карту.

Электрические повреждения

Аппаратные поломки чаще всего происходят из-за неисправности электроники, которая осуществляет обмен информацией между микросхемами памяти и самой шиной USB. При этом флешка (карта памяти, ssd диск) определяется некорректно, чаще совсем не определяется.

Эти повреждения возникают из-за нестабильного питания, плохого контакта разъема и выхода из строя электрических элементов накопителя. Для такого рода повреждений характерно отсутствие внешних физических повреждений, но при этом flash-накопитель не определяется системой. В большинстве случаев такие повреждения связаны с выходом из строя контроллера накопителя и цепей питания, а сама информация, хранящаяся в микросхемах памяти, остается целой.

Нестабильное электропитание, а также разряды статики – частая причина неисправности флэш-носителей. Многие модели имеют слабую защиту от перепадов напряжения и случайные броски выводят их из строя.
Нередко к поломке флэш-дисков приводит отсутствие заземления разъема USB в корпусе. На их корпусе может блуждать потенциал в десятки вольт, а статический заряд стекает куда придется. Все это при совпадении неблагоприятных условий приводит к выгоранию контроллера и элементов обвязки.

Еще одна причина неисправностей – "человеческий фактор". Неопытные сборщики компьютеров умудряются неправильно подключить шлейф USB-порта, идущий от передней панели, к разъему материнской платы. В результате при подключении устройство моментально сгорает.
Вообще, большинство случаев сгорания USB Flash Drive по статистике происходит при подключении их к USB-портам на передней панели корпуса системного блока в следствие плохого качества контактов таких разъемов корпусов!

Контроллер стоит на всех флэш-дисках и многих картах памяти. В некоторых ситуациях (предположительно, сбои по питанию) его прошивка блокируется и не отвечает на запросы операционной системы. В этом случае устройство опознается как Generic Drive с нулевой емкостью. Данные обычным путем не доступны. Их можно считать непосредственно с чипа памяти на программаторе.

Для восстановления данных с флеш (flash) в таких случаях мы стараемся заменить неисправный контроллер (или другие, вышедшие из строя элементы) и привести накопитель в рабочее состояние и далее считать всю информацию в специальный файл-образ. При невозможности замены контроллера (их многообразие удивляет) или других элементов мы снимаем микросхемы памяти и считываем их на программаторе (это возможно только для usb flash drive), далее производим восстановление структуры данных флеш-карт, файловую систему и пользовательские данные.
Возможно также восстановление флэш путём перепайки микросхемы памяти на аналогичный накопитель, находящийся в исправном состоянии.

Разрушение внутренней структуры

Как уже говорилось, в большинстве случаев Flash накопители работают под управлением собственного контроллера-процессора, который работает по определенному алгоритму. Стоимость патентов на использование уже известных алгоритмов чрезвычайно высока, поэтому каждая фирма-производитель таких носителей старается создать свой алгоритм внутренней работы и получить на него патент. Таким образом, к настоящему времени сложилось огромное многообразие алгоритмов внутренней работы накопителей и даже у одной фирмы-производителя может быть несколько таких алгоритмов (например, свой алгоритм для каждой модельной линии). Это усложняет восстановление flash карт.

При разрушении внутренней структуры накопитель определяется с неправильной емкостью или вообще не определяется системой. Внутренняя структура и схема ее работы очень сложна.
К сожалению, неисправности внутренней структуры из-за обилия алгоритмов работы в большинстве случаев требуют индивидуального подхода и являются наиболее трудоемкими. При таких нарушениях приходится снимать микросхемы памяти, считывать их и анализировать внутренний алгоритм работы. После выявления этого алгоритма — требуется настройка специализированного программного обеспечения, а в некоторых случаях и написание дополнительных модулей для восстановления информации на флешке. Только после этого возможно создание корректного файла-образа, из которого уже можно восстановление данных с флешки.

Износ памяти

Носитель опознается, но читается с ошибками вследствие дефектов на физическом уровне. Флэш-память по своей природе выдерживает ограниченное число перезаписей, причем по мере роста емкости чипов заявленный ресурс снижается: от 1 млн циклов 3-5 лет назад до 100 тыс. в новых моделях.
Казалось бы, в любом случае порог высок и опасаться нечего, но вспомните про файловую систему. Ряд ее служебных полей переписывается при каждом обновлении любого из файлов, именно эти ячейки первыми выходят из строя.
Для борьбы с этим явлением применяется технология "выравнивания износа" (wear leveling): часто изменяемые данные перемещаются по адресному пространству флэш-памяти.

Физические повреждения

К повреждениям данного типа относятся любые, внешне заметные, повреждения, а именно: повреждения корпуса, изменения геометрии разъема и т.д. Как правило, в таких случаях удается восстановление данных flash путем замены разъема и восстановлением утраченных в результате повреждения электрических связей.

Если микросхема памяти повреждена — восстановление невозможно.

Итак, подведем итоги и опишем симптомы различных неисправностей флэшек.