sPycialist - эмулятор ПК Специалист на Python

[CityAceE]

Что это

sPycialist - это эмулятор ПК Специалист, написанный с чистого листа и полностью на языке программирования Python.

История появления

Вообще, изначально вдохновившись эмулятором ZX Spectrum - PyZX, также написанном на Python, я собирался написать свой эмулятор, так как PyZX по большей части - это автоматически конвертированный с Java эмулятор Jasper. Из-за этого его исходный код очень кривой и некрасивый. И вот я начал писать ZX-Pylot. Сделал эмуляцию первых 256 команд и подумал, что по сути у меня готова эмуляция процессора Intel 8080 (КР580ВМ80А) и вспомнил свой первый компьютер "Специалист", который построен на этом процессоре. И в результате вместо того, чтобы писать ZX-Pylot, я переключился на эмулятор Специалиста - sPycialist.

Ключевые особенности

• 100% Python
• Из зависимостей используется только библиотеки pygame и numpy
• Полная эмуляция процессора Intel 8080 (КР580ВМ80А), включая все флаги
• Поддержка загрузки игр в RKS-формате

Использование

Эмулятор запускается из командной строки:

python spycialist.py

Чтобы сменить игру, необходимо положить игру в формате RKS рядом с файлами эмулятора. Далее требуется изменить имя файла в константе GAME в файле spycialist.py. После чего потребуется перезапустить эмулятор.

Информация для тех, кто не знаком с ПК Специалист: Чтобы запустить загруженную игру, после запуска эмулятора нужно нажать следующую последовательность клавиш: <F1>, <ENTER>, <U>, <ENTER>.

Переназначить клавиши на свой вкус можно в файле spyc_keyboard.py. По умолчанию используется раскладка JCUKENG, как наиболее приближенная к оригиналу.

Для чего это

Данный эмулятор может представлять лишь академический интерес из-за невысокой скорости эмуляции и отсутствия какого-либо сервиса. Эмулятор писался сугубо из личного интереса. Тем не менее, основу sPycialist составляет эмулятор Intel 8080. Эмуляция данного процессора получилась достаточно точной - полностью проходятся все тесты 8080/8085 CPU Exerciser. Реализация Intel 8080 находится в отдельном файле и почти никак не завязана на эмуляцию ПК Специалст. Таким образом данный эмулятор процессора Intel 8080 может быть с успехом использован в каких-то сторонних Python-проектах.

Известные проблемы

• Скорость эмуляции оставляет желать лучшего, так как Python - это не тот язык, на котором пишут эмуляторы
• Нет эмуляции звука

Где взять

Проект расположен на GitHub, а также для удобства приложен к этому сообщению.

История версий

v0.5 (20 января 2019 г.)
- Дальнейшая оптимизация кода: на быстрых компьютерах доступна 100%-ная скорость эмуляции
- Оптимизация опроса клавиатуры: устранено кросс-нажатие клавиш

Предыдущие версии

v0.4 (2 января 2019 г.)
- Дальнейшая оптимизация кода
- Новая процедура вывода на экран (svofski)
- Новая процедура опроса клавиатуры (ivagor)

v0.3 (31 декабря 2018 г.)
- Существенное увеличение скорости эмуляции за счёт оптимизации вывода экрана

v0.2 (29 декабря 2018 г.)
- Оптимизация кода для повышения быстродействия

v0.1 (26 декабря 2018 г.)
- Первый релиз

[свернуть]

Скриншоты

[Advertiser]

[Q-Master]

Сразу тебе советую заюзать для регистров memoryview, что-то вроде:

_HL_b = bytearray(2)
_H_L = memoryview(_HL_b)
_H = _H_L[0:1]
_L = _H_L[1:2]
_HL = _H_L.cast('H')

Доступ к половинкам и целым регистрам станет очень сильно быстрее и лежать они будут в одном физическом месте в памяти.
Доступ будет как к массиву через _L[0] или _HL[0]
Плюс замени все операции маскирования по FF на остаток от деления на маска + 1.
Память лучше тоже через memoryview:

mem = memoryview(bytearray(65536))

[CityAceE]

Q-Master, спасибо за столь ценные советы. Никогда до этого не приходилось сталкивался с memoryview! Есть отличный повод разобраться и применить. Авось эмулятор начнёт шевелиться чуть шустрее

[hobot]

CityAceE, скриншоты просто прослезили ) Создал тему эмулятора на игровом форуме, замечательный предпраздничный релиз!
https://www.old-games.ru/forum/posts/1521263/

Мне вот что подумалось, сколько в IT отрасли ещё специалистов - у которых первой машиной была отечественная микроЭВМ? Может опрос какой-то организовать? Естественно все клоны спектрумов (и т.п.) нашего производства идут в зачёт как отечественные (что естественно!)

[Titus]

Авось эмулятор начнёт шевелиться чуть шустрее

Я бы на твоем месте еще сделал работу с флагами не так, как у тебя - каждый флаг - отдельная переменная. А держал бы все их в одном байте или слове. Ну и отказался бы от универсальности эмуляции 8080/Z80.

[CityAceE]

Я бы на твоем месте еще сделал работу с флагами не так, как у тебя - каждый флаг - отдельная переменная. А держал бы все их в одном байте или слове.

А какие это может дать преимущества? Как я себе это понимаю, когда каждый флаг в отдельной переменной, его можно быстрее устанавливать/сбрасывать. Всего пара команд i8080 требует полного флагового регистра, и для этих команд не сильного дорого запаковать все флаги в один байт и производить обратную процедуру. А все остальные команды расставляют флаги по отдельности.

Ну и отказался бы от универсальности эмуляции 8080/Z80.

Это, конечно, не сильно скажется на производительности, но, да, отказаться можно.

[svofski]

Присоединюсь к хору советчиков =)

1) Память списком это роскошно. Лучше представить ее байтовым массивом.
2) Ассоциативная таблица, в которой ключ - байт и каждому ключу чего-то соответствует, это просто массив. Можно оставить таблицу для инициализации, потому что так ее проще читать, но для исполнения лучше перенести все хандлеры инструкций в простой линейный список.
3) Счетчик тактов лучше сразу делать как m-state/t-state (например, [5,3,3]). Это пригодится для эмуляторов, где надо считать такты с учетом вейтов, хода луча итд.
4) Я бы конечно сделал процессор классом. Сейчас и так у тебя все пронизано globals. А с классом это будут члены класса и ты будешь на них ссылаться как self.flag_c итд.

[CityAceE]

svofski, спасибо за то, что нашёл время и интерес заглянуть в текст эмулятора и высказать свои соображения.

1) Память списком это роскошно. Лучше представить ее байтовым массивом.

Уже сделал по рекомендации Q-Master'а.

2) Ассоциативная таблица, в которой ключ - байт и каждому ключу чего-то соответствует, это просто массив. Можно оставить таблицу для инициализации, потому что так ее проще читать, но для исполнения лучше перенести все хандлеры инструкций в простой линейный список.

Не до конца понял мысль. В чём профит? Так мне было и будет проще менять процедуры обработки на тот случай, если вдруг я захочу что-то объединить, или наоборот выделить обработку какую-то команды в отдельную процедуру. Визуально это выглядит яснее. Хотя опять же, может быть я просто не до конца понял твою мысль.

3) Счетчик тактов лучше сразу делать как m-state/t-state (например, [5,3,3]). Это пригодится для эмуляторов, где надо считать такты с учетом вейтов, хода луча итд.

Я подумаю над этим. Но уж больно утопичной выглядит идея написания на Python эмулятора, который будет учитывать ход луча У меня в эмуляторе нет ни одной задержки, так как задерживать нечего - всё и так слишком медленно шевелится.

4) Я бы конечно сделал процессор классом. Сейчас и так у тебя все пронизано globals. А с классом это будут члены класса и ты будешь на них ссылаться как self.flag_c итд.

Да, тоже уже думал над этим, когда начал плодить global'ы. Но в итоге доделал уже так. Хотя мне эта масса global'ов совсем не нравится.

Сейчас пытаюсь перевести хранение регистров и пока плохо получается. Нужно было всё делать разом сразу и везде. И я вроде сделал, но у меня теперь всё сломалось. Пытаюсь понять что и где пошло не так. Но это не так просто.

[svofski]

CityAceE, в ассоциативной таблице выборка по ключу это поиск в хеш таблице. Операция O(1) формально, но на практике довольно сложная. Выборка из линейного массива это просто вычисление смещения. В Питоне может быть и невелика будет разница, но я бы попробовал.

[Titus]

А какие это может дать преимущества? Как я себе это понимаю, когда каждый флаг в отдельной переменной, его можно быстрее устанавливать/сбрасывать. Всего пара команд i8080 требует полного флагового регистра, и для этих команд не сильного дорого запаковать все флаги в один байт и производить обратную процедуру. А все остальные команды расставляют флаги по отдельности.

Я не знаю, питона, поэтому пример приведу на Си:

Вот, например, твой вариант RLCA:

    reg_a = reg_a << 1
    flag_c = bool(reg_a & 0x100)
    reg_a = (reg_a | flag_c) & 0xff
    if not i8080:
        flag_h = False
    fflag_n(False)
    fflag_3(bool(reg_a & 0b00001000))
    fflag_5(bool(reg_a & 0b00100000))

И как можно оптимально это эмулировать (без учета универсальности Z80/8080):

	reg_A = (reg_A << 1) | (reg_A >> 7);			
	reg_F = (reg_A & CONST_53C) | (reg_F & CONST_SZPH);