模拟器如何工作以及它们是如何编写的？

Question

模拟器如何工作？当我看到NES / SNES或C64模拟器时，它让我震惊。

您是否必须通过解释其特定的装配说明来模拟这些机器的处理器？还有什么进入它？它们通常是如何设计的？

您是否可以为有兴趣编写模拟器（特别是游戏系统）的人提供建议？

Answer 1

Answer 2

一位名叫Victor Moya del Barrio的人写了关于这个话题的论文。 152页的很多好消息。您可以下载PDF here。

如果您不想在scribd注册，可以谷歌搜索PDF标题"Study of the techniques for emulation programming"。 PDF有几个不同的来源。

Answer 3

仿真可能看起来令人生畏，但实际上比模拟更容易。

任何处理器通常都有一个编写良好的规范，用于描述状态，交互等。

如果您根本不关心性能，那么您可以使用非常优雅的面向对象程序轻松模拟大多数旧处理器。例如，X86处理器需要一些东西来维护寄存器的状态（简单），一些东西来维持内存状态（简单），以及一些可以接收每个传入命令并将其应用到机器当前状态的东西。如果你真的想要准确性，你也会模仿内存翻译，缓存等，但这是可行的。

事实上，许多微芯片和CPU制造商针对芯片的仿真器测试程序，然后针对芯片本身，这有助于他们发现芯片的规格是否存在问题，或者芯片的实际实现是否存在问题在硬件中。例如，可以编写会导致死锁的芯片规范，并且当硬件中出现截止日期时，重要的是看它是否可以在规范中再现，因为这表明比芯片实现中的问题更大的问题。

当然，视频游戏的模拟器通常关心性能，因此它们不使用天真的实现，它们还包括与主机系统的操作系统接口的代码，例如使用绘图和声音。

考虑到旧视频游戏（NES / SNES等）的性能非常低，现代系统上的仿真非常简单。事实上，你可以下载一套有史以来每一款SNES游戏或任何Atari 2600游戏更令人惊讶，因为当这些系统受欢迎时，可以自由访问每个盒式磁带将是梦想成真。

Answer 4

我知道这个问题有点陈旧，但我想在讨论中加入一些内容。这里的大部分答案都围绕着模拟器解释他们模拟的系统的机器指令。

然而，有一个非常着名的例外，称为“UltraHLE”（WIKIpedia article）。 UltraHLE是有史以来最着名的模拟器之一，它被广泛认为是不可能的，仿效商用Nintendo 64游戏（在家用电脑上具有不错的性能）。事实上，当创建UltraHLE时，任天堂仍在为Nintendo 64制作新游戏！

我第一次看到有关印刷杂志中模拟器的文章，之前我只是在网上讨论过它们。

UltraHLE的概念是通过模拟C库调用而不是机器级调用来实现不可能的。

Answer 5

值得一看的是Imran Nazar尝试用JavaScript编写Gameboy模拟器。

Answer 6

创建了我自己的80年代BBC微型计算机模拟器（将VBeeb输入Google），有很多事情需要了解。

• 你不会仿效真实的东西，那将是一个复制品。相反，你正在模仿状态。一个很好的例子是计算器，真实的东西有按钮，屏幕，外壳等。但是要模拟计算器，你只需要模拟按钮是向上还是向下，LCD的哪些部分打开等等。基本上，一组数字表示计算器中可能发生变化的所有可能组合。
• 您只需要模拟器的界面出现并且表现得像真实的一样。这越有说服力就越接近仿真。幕后发生的事情可以是你喜欢的任何事情。但是，为了便于编写仿真器，在真实系统（即芯片，显示器，键盘，电路板和抽象计算机代码）之间会发生心理映射。
• 要模拟计算机系统，最简单的方法是将其分解为较小的块并单独模拟这些块。然后将整批产品串在一起作为成品。就像一组带输入和输出的黑盒子一样，它非常适合面向对象的编程。您可以进一步细分这些块以使生活更轻松。

实际上，您通常希望编写速度和仿真保真度。这是因为目标系统上的软件（可能）运行速度比源系统上的原始硬件慢。这可能会限制编程语言，编译器，目标系统等的选择 此外，您必须限制您准备模拟的内容，例如，不必模拟微处理器中晶体管的电压状态，但可能需要模拟微处理器寄存器组的状态。
一般来说，仿真的细节程度越小，您对原始系统的保真度就越高。
最后，旧系统的信息可能不完整或不存在。因此，掌握原始设备至关重要，或者至少要珍惜其他人写过的另一个优秀的模拟器！

Answer 7

是的，您必须“手动”解释整个二进制机器代码混乱。不仅如此，大多数时候您还必须模拟一些在目标机器上没有等效物的奇特硬件。

简单的方法是逐个解释说明。这很好，但速度很慢。更快的方法是重新编译 - 将源机器代码转换为目标机器代码。这更复杂，因为大多数指令不会一对一映射。相反，您将不得不进行涉及其他代码的详细解决方案。但最终它要快得多。大多数现代模拟器都是这样做的。

Answer 8

开发仿真器时，您正在解释系统正在处理的处理器组件（Z80,8080，PS CPU等）。

您还需要模拟系统具有的所有外围设备（视频输出，控制器）。

你应该开始为simpe系统编写模拟器，比如好的Game Boy（使用Z80处理器，我不是没有误）或者是C64。

Answer 9

  

模拟器非常难以创建，因为有许多黑客（如不常见的   您需要模拟的效果），时间问题等。

有关此示例，请参阅http://queue.acm.org/detail.cfm?id=1755886。

这也将向您展示为什么您需要一个用于模拟1MHz的多GHz CPU。

Answer 10

另请查看Darek Mihocka的Emulators.com，获取有关JIT指令级优化的建议，以及构建高效仿真器的许多其他好处。

Answer 11

我从来没有做过模仿游戏控制台这么花哨的事情，但我确实选择了一个课程，其中的任务是为Andrew Tanenbaums Structured Computer Organization中描述的机器编写模拟器。这很有趣，给了我很多时刻。在潜入编写真正的模拟器之前，您可能想要选择该书。

Answer 12

有关模拟真实系统或您自己的事情的建议吗？ 我可以说模拟器通过模拟整个硬件来工作。也许没有下到电路（因为移动位像硬件一样。移动字节是最终结果所以复制字节很好）。模拟器非常难以创建，因为您需要模拟许多黑客（如不常见的效果），计时问题等。如果一个（输入）部分错误，整个系统可以关闭或最多有一个错误/故障。

Answer 13

Shared Source Device Emulator包含PocketPC / Smartphone模拟器的可构建源代码（需要Visual Studio，在Windows上运行）。我参与了二进制版本的V1和V2。

它解决了许多仿真问题： - 从客户虚拟到客户物理到主机虚拟的高效地址转换 - 客户代码的JIT编译 - 模拟外围设备，如网络适配器，触摸屏和音频 - UI集成，用于主机键盘和鼠标 - 保存/恢复状态，用于模拟从低功耗模式恢复

Answer 14

添加@Cody Brocious提供的答案
在虚拟化环境中，您要为虚拟机模拟新系统（CPU，I / O等），我们可以看到以下类别的仿真器。

解释：bochs是一个解释器的例子，它是一个x86 PC模拟器，它从来宾系统的每条指令转换它在另一组指令（主机ISA）中产生预期的效果。是的，它很慢，它不会缓存任何内容，因此每条指令都经历相同的循环。

动态电子邮件：Qemu是一个动态模拟器。它即时转换客户指令也可以缓存结果。最好的部分是直接在主机系统上执行尽可能多的指令，以便仿真更快。同样如Cody所述，它将代码分成块（1个单独的执行流程）。

静态模拟器：据我所知，没有静态模拟器可以帮助虚拟化。

Answer 15

我将如何开始模拟。

1.获取基于低级编程的书籍，你需要它为任天堂的“假装”操作系统...游戏男孩......

2.专门获得有关模拟的书籍，也许还有开发。 （你不会制作一个操作系统，但最接近它。

3.查看一些开源模拟器，尤其是您想要为其制作模拟器的系统。

4.将更复杂的代码片段复制到IDE / compliler中。这将节省您编写长代码。这是我为os开发所做的，使用linux的区域

Answer 16

我写了一篇关于模仿Chip-8 system in JavaScript的文章。

这是一个很好的起点，因为系统不是很复杂，但您仍然可以了解操作码，堆栈，寄存器等是如何工作的。

我将很快为NES写一篇更长的指南。