Emulator - Polski Serwis Naukowy

Emulator - program komputerowy, który duplikuje funkcje jednego systemu informatycznego w innym, dzięki czemu ów drugi system zwraca te same rezultaty, co pierwszy. Mówimy wtedy, że pierwszy system jest emulowany przez drugi.

Jedną z form emulatorów są programy, które umożliwiają uruchamianie aplikacji na komputerze lub systemie operacyjnym innym niż ten, na który zostały napisane np. uruchomienie emulatora Amigi w systemie operacyjnym Windows, czy emulatora konsoli do gier Nintendo w systemie Linux. Oczywiście, emulatory są tak programowane, aby jak najdokładniej potrafiły 'udawać' emulowaną maszynę z lepszym lub gorszym efektem (są np. trudności z poprawnym oddaniem palety barw, czy dźwięków oraz z obsługą urządzeń zewnętrznych takich jak np. pady, jednak wiele emulatorów posiada praktycznie 100% zgodność z oryginalną maszyną).

Komputer (z ang. computer od łac. computare – obliczać, dawne nazwy używane w Polsce: mózg elektronowy, elektroniczna maszyna cyfrowa, maszyna matematyczna) – urządzenie elektroniczne służące do przetwarzania wszelkich informacji, które da się zapisać w formie ciągu cyfr albo sygnału ciągłego.

Amiga (hiszp. la amiga – przyjaciółka) – popularna marka komputerów produkowanych przez firmę Commodore. Po bankructwie tego ostatniego, marka została przejęta przez firmę Escom, następnie przez Gateway. W końcu wyłoniła się samodzielna firma Amiga INC, która po bankructwie sprzedała wszelkie prawa firmie KMOS. W międzyczasie KMOS zmieniło nazwę na Amiga Inc.

Programy te mogą też emulować poszczególne funkcje oprogramowania i sprzętu standardowo niedostępne w ramach danego systemu, np. karty dźwiękowe. Tworzone są też emulatory kalkulatorów Texas Instruments, BBS-ów i wielu innych systemów informatycznych.

Działanie emulatora

Zwykle emulator jest podzielony na moduły, które odpowiadają ogólnie podsystemom emulowanego komputera. Najczęściej emulator składa się z następujących modułów:

Aplikacja - konkretny ze względu na oferowaną użytkownikom funkcjonalność element oprogramowania użytkowego, które jest podkategorią oprogramowania.

Program komputerowy (. Program jest zazwyczaj wykonywany przez komputer (np. wyświetlenie strony internetowej), czasami bezpośrednio – jeśli wyrażony jest w języku zrozumiałym dla danej maszyny lub pośrednio – gdy jest interpretowany przez inny program (interpreter). Program może być ciągiem instrukcji opisujących modyfikacje stanu maszyny ale może również opisywać obliczenia w inny sposób (np. rachunek lambda).

emulator CPU lub symulator CPU (w tym wypadku zwykle można obu pojęć używać zamiennie)

moduł pamięci

emulatory urządzeń wejścia-wyjścia

W celu osiągnięcia lepszej wydajności i prostoty emulatora szyny nie są zwykle emulowane. Wirtualne urządzenia komunikują się bezpośrednio z procesorem i pamięcią.

System operacyjny (ang. skrót OS Operating System) – oprogramowanie zarządzające sprzętem komputerowym, tworzące środowisko do uruchamiania i kontroli zadań użytkownika.

Symulacja komputerowa - symulacja z wykorzystaniem modelu matematycznego, zapisanego w postaci programu komputerowego. Techniki symulacyjne są szczególnie przydatne tam, gdzie analityczne wyznaczenie rozwiązania byłoby zbyt pracochłonne, a niekiedy nawet niemożliwe - co często ma miejsce w systemach złożonych.

Symulacja CPU

Symulator CPU to często najbardziej skomplikowana część emulatora (wyjątkiem jest tu np. rodzina 8-bitowych Atari posiadająca skomplikowaną architekturę oraz dwa procesory). Wiele emulatorów jest pisanych przy użyciu już gotowych symulatorów CPU po to, aby móc skoncentrować się na pełnej emulacji innych części konkretnego komputera.

MAME (ang. Multiple Arcade Machine Emulator) - emulator automatów arcade. W wersji 0.129, obsługuje 7480 gier automatowych, w tym 973, które nie są jeszcze grywalne.

Rodzina 8-bitowych Atari. W roku 1978, po sukcesie konsoli Atari 2600, firma Atari Inc. postanowiła spróbować swych sił na rodzącym się dopiero rynku komputerów domowych. W lutym 1979 roku wypuszczono dwie wersje – tańszą i droższą – tej samej maszyny, zwane Coleen i Candy, a znane szerzej jako Atari 400 i Atari 800.

W najprostszej formie symulator CPU to interpreter, który wykonuje po jednej instrukcje emulowanego programu.

Poniższy przykład pokazuje jak można symulować CPU poprzez interpreter. W tym przypadku przerwania są sprawdzane i obsługiwane przed każdą kolejną instrukcją, jednak takie zachowanie jest rzadkie w prawdziwych emulatorach z powodu małej wydajności.

 void Wykonaj(void)
 {
     if(Przerwanie!=PRZERW_BRAK)
     {
         Superużytkownik=TRUE;
         ZapiszPamięć(++WskaźnikStosu, LicznikRozkazów);
         LicznikRozkazów=WskaźnikPrzerwania;
     }
     switch(OdczytajPamięć(LicznikRozkazów++))
     {
         /*
          * Tutaj znajduje się obsługa wszystkich
          * pojedynczych instrukcji procesora.
          */
         default:
         Przerwanie=PRZERW_BŁĄD;
     }
 }

Interpretacja to bardzo popularna metoda symulacji procesora, ponieważ jest o wiele prostsza w implementacji niż szybsze metody, a jej prędkość jest wystarczająca do emulacji komputerów około dziesięcioletnich na komputerach współczesnych.

System informatyczny – jest to zbiór powiązanych ze sobą elementów, którego funkcją jest przetwarzanie danych przy użyciu techniki komputerowej. Na systemy informatyczne składają się obecnie takie elementy jak:

Bulletin Board System (w skrócie BBS) to serwis komputerowy, polegający na udostępnianiu na maszynie jego właściciela miejsca, gdzie można umieszczać i czytać ogłoszenia, obsługiwać własną skrzynkę pocztową, dokonywać transferu plików itp.

Mimo to prędkość interpretacji jest niewystarczająca do emulacji procesorów, których prędkość jest tego samego rzędu wielkości co prędkość głównego komputera. Jeszcze do niedawna emulację w takich przypadkach uznawano za zupełnie niepraktyczną.

Większa prędkość emulacji jest możliwa dzięki dynamicznej rekompilacji. Proste tłumaczenie a priori kodu emulowanego programu na docelowy komputer jest zwykle niemożliwe z wielu powodów:

Karta dźwiękowa (ang. sound card, audio card) jest to komputerowa karta rozszerzeń, umożliwiająca rejestrację, przetwarzanie i odtwarzanie dźwięku. Poprawnym jest też równie często stosowany termin karta muzyczna.

Oprogramowanie (ang. software) – całość informacji w postaci zestawu instrukcji, zaimplementowanych interfejsów i zintegrowanych danych przeznaczonych dla komputera do realizacji wyznaczonych celów. Celem oprogramowania jest przetwarzanie danych w określonym przez twórcę zakresie. Oprogramowanie to dział informatyki.

kod może być samomodyfikujący się, nawet gdyby ta samomodyfikacja była dokonywana jedynie przez emulowany system operacyjny przy odczytywaniu kodu programów użytkownika (np. z dysku).

może nie istnieć sposób na odróżnienie danych (które nie powinny być tłumaczone) od kodu wykonywalnego.

Różne formy dynamicznej rekompilacji, w tym popularna technika Just In Time próbują obejść te problemy poprzez dokonywanie tłumaczenia bloków kodu na nowy procesor dopiero przy napotkaniu przez wykonywany kod instrukcji skoku na nieprzetłumaczone miejsce i przechowywanie już przetłumaczonych części w cache.

Linux (/ˈlɪnʊks/) – rodzina uniksopodobnych systemów operacyjnych opartych o jądro Linux. Linux jest jednym z przykładów wolnego i otwartego oprogramowania (FLOSS): jego kod źródłowy może być dowolnie wykorzystywany, modyfikowany i rozpowszechniany.

Automat do gry to konstrukcja służąca rozrywce, umieszczana najczęściej w salonach gier bądź też pubach lub klubach. Uruchomienie automatu następuje w momencie wrzucenia monety bądź żetonu w otwór wrzutowy, zabawa ograniczona jest zwykle pewnym wyznacznikiem narzuconym przez producenta lub właściciela automatu (np. liczba prób, przejście na wyższy poziom, zdobycie określonego celu w zadanym czasie, ukończenie gry).

Z drugiej strony prędkość emulacji może być zbyt duża, np. przy emulacji procesora 1MHz na procesorze 1GHz. Część emulowanych programów (zwłaszcza z konsoli do gier) nie jest przystosowanych do działania na różnych prędkościach procesora i emulator musi ograniczać prędkość wykonywania rozkazów do oryginalnej.

Ciekawostki

8-bitowe komputery Atari (np. XL, XE itp.) są przykładem tak zaawansowanych architektur, że dzisiejsze emulatory są bardzo odległe od 100% emulacji (choć większość programów uruchamia się)

Zobacz też

Lista emulatorów

Multiemulator MAME - emulator automatów arcade

Maszyna wirtualna

Symulacje komputerowe