Deutsch
Francais
Nederlands
Svenska
Norsk
Dansk
Suomi
Espanol
Italiano
Portugues
Magyar
Polski
Cestina
Русский
Podczas pracy nad maszyną wirtualną (VM) dla systemu CHIP-8, kluczowym krokiem w procesie jest upewnienie się, że cała architektura działa poprawnie. Idealnie byłoby przetestować każdy aspekt maszyny, upewniając się, że wewnętrzny stan VM jest poprawny na każdym etapie. Jednak, biorąc pod uwagę ograniczenia czasowe i przestrzenne, bardziej praktycznym podejściem jest wykonanie testów integracyjnych, które pozwolą na ocenę działania maszyny na rzeczywistych programach CHIP-8. Celem tych testów jest sprawdzenie, czy VM poprawnie wykonuje swoje zadanie i czy uruchamiane programy działają bezbłędnie.
Do tego celu używane są specjalne testowe ROM-y, które stanowią kompleksowy sposób na przetestowanie VM. Dwa z takich ROM-ów znajdują się w katalogu "Chip8/Tests" w repozytorium źródłowym książki. Oba zostały wydane na licencjach open source przez swoich twórców, a odpowiednie licencje są dołączone w katalogach. Pierwszy ROM można uruchomić za pomocą komendy:
Jeśli maszyna działa poprawnie, na ekranie powinny pojawić się same "OK" (patrz Rys. 5-2). Następnie warto uruchomić drugi testowy ROM, aby jeszcze dokładniej sprawdzić, jak działa VM:
W tym przypadku ekran wyświetli "OK" raz, w lewym górnym rogu (patrz Rys. 5-3). Choć te testy nie są wyczerpujące, stanowią dobrą bazę do dalszego rozwoju.
Po zakończeniu testów ROM warto przejść do najważniejszego etapu - testów, które sprawdzą, jak nasza maszyna wirtualna radzi sobie z uruchamianiem gier. W katalogu "Chip8/Games" repozytorium książki znajdują się ROM-y gier, które zostały udostępnione publicznie. Gry te są stosunkowo proste, co wynika z ograniczeń sprzętowych, na których pierwotnie działał system. Można tu znaleźć takie klasyki jak BLINKY, będący klonem Pac-Mana, INVADERS, klon Space Invaders, czy VBRIX, będący pionową wersją Breakout (patrz Rys. 5-4, 5-5, 5-6).
Te gry działają na maszynie wirtualnej, ale niektóre mogą być trudne do sterowania z powodu domyślnego układu klawiszy. Można jednak zmienić mapowanie klawiszy, dostosowując je do własnych potrzeb. Interfejs sterowania w tych grach jest w większości prosty, ale potrafi dawać sporo frajdy, zwłaszcza gdy ma się świadomość, że gra działa na własnej maszynie wirtualnej. Ponadto, gry te są bardzo małe - większość z nich ma rozmiar poniżej 500 bajtów, a największy plik, BLINKY, ma tylko 2 KB.
Przyjrzyjmy się teraz szerszemu kontekstowi, w jakim działają maszyny wirtualne, aby zrozumieć ich znaczenie i zastosowanie. Wirtualne maszyny, zarówno w kontekście oprogramowania, jak i sprzętu, są wszechobecne we współczesnym świecie technologii. Jednym z głównych atutów wirtualnych maszyn jest ich przenośność. Program stworzony dla maszyny wirtualnej działa na każdej platformie, która ma odpowiednią implementację tej maszyny. To oznacza, że oprogramowanie napisane na jedną maszynę wirtualną, jak np. JVM czy CLR, może być uruchomione na różnych systemach operacyjnych bez konieczności pisania nowego kodu.
Maszyny wirtualne są także niezwykle ważne w kontekście tworzenia języków programowania. Dzięki nim programiści nie muszą implementować wszystkich funkcji systemowych, takich jak zarządzanie pamięcią czy kolekcja śmieci, ponieważ maszyna wirtualna zapewnia te usługi. Przykładem takiej maszyny jest wspomniane wcześniej JVM, na którym działają takie języki jak Java, Kotlin czy Scala, oraz CLR, platforma, na której działają C#, Visual Basic i inne języki.
Warto również zauważyć, że termin "maszyna wirtualna" jest często używany w kontekście emulatorów sprzętu, które odtwarzają fizyczną maszynę w ramach wirtualnego środowiska. Tworzenie emulatorów jest nieco bardziej skomplikowane, ponieważ wymaga odtworzenia całego sprzętu, w tym procesora, pamięci i grafiki. Przykładem jest emulator konsoli NES, który pozwala na uruchamianie gier stworzonych dla tej platformy na współczesnym komputerze. Tego typu emulatory są doskonałym sposobem na naukę, ponieważ dają praktyczne doświadczenie w emulowaniu systemów komputerowych.
Na koniec warto dodać, że maszyny wirtualne mogą być wykorzystywane nie tylko do uruchamiania oprogramowania, ale również w edukacji i badaniach naukowych. Pomagają w testowaniu nowych języków programowania, analizie kodu oraz w nauce o architekturze komputerów. Warto również zwrócić uwagę na ich znaczenie w kontekście technologii wirtualizacji i chmurowych usług obliczeniowych, które wykorzystują maszyny wirtualne do zapewnienia elastyczności i skalowalności systemów.
Jak emulatory kształtują przyszłość komputerów i gier?
Tworzenie emulatorów to pasjonujący i wymagający proces, który pozwala na odtworzenie działania hardware’u, często za pomocą oprogramowania. W przypadku emulacji systemów takich jak NES, wyzwaniem jest wierne odwzorowanie działania układów elektronicznych przy użyciu języków programowania. W przeszłości wiele osób próbowało swoich sił w pisaniu emulatorów, jednak początkowo brakowało solidnych źródeł edukacyjnych, co sprawiało, że projektowanie emulatorów było często skomplikowane. Dziś mamy dostęp do dokumentacji i poradników, ale kluczowym elementem procesu emulacji pozostaje zrozumienie, jak działa sam system, który chcemy odwzorować.
Podstawową rzeczą, którą warto zrozumieć na początku, jest to, że emulacja to nic innego jak próba odtworzenia pracy urządzenia na poziomie programowym. Z perspektywy twórcy emulatora ważne jest zrozumienie, że zaczynanie od zaawansowanych, skomplikowanych algorytmów, jak np. renderowanie pikseli w sposób perfekcyjny, może prowadzić do nadmiernej komplikacji projektu. W takim przypadku znacznie lepszym rozwiązaniem jest podejście krok po kroku – rozpoczęcie od prostszego renderera na poziomie jednej klatki, jak zaprezentowano w rozdziale.
Pisanie emulatora NES, z racji stosunkowo prostego układu mikroprocesora, stanowi dla wielu programistów pierwszy krok w świecie emulacji. Choć sama idea stworzenia emulatora NES była marzeniem autora książki już w młodości, to jego pierwotna wersja była dosyć uproszczona i nie zawierała wielu kluczowych funkcji, jak obsługa dźwięku. W miarę jak rozwijał swój emulator, dodawane były nowe mapery i funkcje, ale proces ten wymagał czasu, a kluczowym błędem było zignorowanie testów automatycznych na wczesnym etapie, co negatywnie wpłynęło na jakość końcowego produktu.
W przypadku bardziej zaawansowanych emulacji, takich jak emulacja komputerów osobistych, jak np. IBM PC, projekt staje się znacznie bardziej skomplikowany. Procesor Intel 8088/8086 jest znacznie bardziej złożony od MOS 6502, co oznacza, że każdy detal musi zostać uwzględniony, aby emulator działał poprawnie. W takich przypadkach konieczność implementowania testów automatycznych jest jeszcze bardziej wyraźna. Warto także zaznaczyć, że przy bardziej zaawansowanych systemach emulacyjnych, sama znajomość mikroprocesora nie wystarczy. Często konieczne jest także zrozumienie struktury pamięci, sposób komunikacji między komponentami oraz dokładne odwzorowanie interfejsów zewnętrznych.
Emulatory są szeroko stosowane nie tylko do uruchamiania gier na platformach, które już nie są produkowane, ale mają także ważne zastosowanie w historii komputerów. Przykładem jest historia Microsoftu, który początkowo, przy tworzeniu swojego interpreteru BASIC, korzystał z emulatorów, ponieważ nie miał dostępu do sprzętu, na który oprogramowanie miało działać. Warto wspomnieć, że emulatory w takich przypadkach pełnią rolę krytyczną, umożliwiając kontynuowanie prac nad oprogramowaniem, pomimo braku dostępu do oryginalnego sprzętu. Podobnie Apple w trakcie przejść z jednego typu procesora na inny (np. z PowerPC do Intel x86) wykorzystywało emulatory, umożliwiając programistom uruchamianie starych aplikacji na nowych urządzeniach. Współczesne komputery Apple z Apple Silicon działają także w sposób podobny, pozwalając na uruchamianie starszego oprogramowania z Intelowych komputerów.
Emulatory odgrywają również kluczową rolę w zachowywaniu oprogramowania. W czasach, gdy dostęp do oryginalnego sprzętu jest bardzo ograniczony lub wręcz niemożliwy, emulator może stanowić jedyną alternatywę do uruchomienia starego programu. Jest to również cenne narzędzie w kontekście konserwacji i zachowania dziedzictwa komputerowego, pozwalając na uruchomienie i archiwizowanie starych gier oraz aplikacji.
Współczesne emulatory, zwłaszcza w kontekście gier, mogą pełnić również funkcję edukacyjną. Rozpisując poszczególne elementy sprzętu i procesy, które są niezbędne do poprawnego działania emulatora, można nie tylko zrozumieć, jak działa konkretne urządzenie, ale także, jak komputery funkcjonują na poziomie mikrokodów i rejestrów. Pisanie emulatora to świetna okazja, by nauczyć się o działaniu sprzętu komputerowego w kontekście niskopoziomowym. To bez wątpienia jeden z najlepszych sposobów na zrozumienie tego, jak działa komputer od strony technicznej.
Warto również pamiętać, że choć proces pisania emulatorów może wydawać się fascynującą podróżą, to wymaga on również dużej cierpliwości i precyzyjności. Dobrze zaprojektowany emulator nie tylko odwzorowuje działanie sprzętu, ale również umożliwia płynne działanie gier czy aplikacji na nowoczesnym sprzęcie. W obliczu wyzwań związanych z zachowaniem wydajności, integracją z nowymi systemami operacyjnymi czy dostosowaniem do współczesnych standardów, pisanie emulatorów pozostaje wymagającą, lecz niezwykle satysfakcjonującą dziedziną programowania.