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Emulator

Als Emulation (von lat. aemulare, „nachahmen“) wird in der Computertechnik das funktionelle Nachbilden eines Systems durch ein anderes bezeichnet. Das nachbildende System erhält die gleichen Daten, führt die gleichen Programme aus und erzielt die gleichen Ergebnisse wie das originale System. Ein Emulator ist ein System, das ein anderes nachahmt. Zu unterscheiden sind Hardware- und Software-Emulatoren: Ein Hardware-Emulator ist ein elektronisches Gerät, das ein System wie einen Drucker oder das einen Mikroprozessor (CPU) funktionell, elektrisch und mechanisch (Gehäuse und Pins) nachbilden kann. Die Verbindung zur Prozessorbaugruppe wird mittels Sockel und passendem Stecker erstellt. Er wird auch als In-Circuit-Emulator (ICE) bezeichnet.

Beispiel 1: Ein Terminal emuliert für den PC einen Host/Mainframe, wird also über eine spezielle Terminalemulation angesprochen. Dem Host/Mainframe gegenüber emuliert es ein Terminal über einen DTC (Digital Terminal Controller) und einen MDP (Multiple Digital Port).

Inhaltsverzeichnis

Die Geschichte der Emulation

Im Jahre 1962 war zum ersten Mal von einem (Prozessor-)Emulator zu hören. IBM arrangierte zahlreiche Computertests in La Grande (Frankreich), um die Kompatibilität ihrer neuen Produkte zu den Vorgängern zu prüfen. Um dies zu ermöglichen, nutzte man eine Kombination aus Hard- und Software, die vom IBM-Ingenieur Larry Moss als Emulator bezeichnet wurde. 1965 schließlich wurde die IBM System/360-Linie offiziell veröffentlicht. Gleich mit inbegriffen war der allererste Emulator. Der „7070 Emulator“ erlaubt die Verwendung von Programmen, geschaffen für den älteren IBM 7070.

Der Konsolenbereich wurde 1978 zum ersten Mal mit Emulation konfrontiert. Coleco entwickelte einen Adapter, der es erlaubte, Spiele für den Atari 2600 auf ihrem ColecoVision zu nutzen. Doch Atari klagte sofort, und der Fall wurde abgeschlossen mit der Begründung, dass Ataris Videospiele „unpatentierbar“ seien. Später jedoch brachte Coleco mit dem „Gemini“ einen günstigen Atari-Klon auf den Markt.

1983, als Nintendo in Japan das Famicom (in Europa: Nintendo Entertainment System, NES) auf den Markt brachte, wurde aufgrund eines Gerichtsprozesses zwischen Atari und der JS&A Group auch erstmals festgelegt, dass das „Dumpen“ (Auslesen, Kopieren) von Spiele-ROMs illegal ist. Auf dieses Urteil wurde auch in späteren Gerichtsverhandlungen immer wieder zurückgegriffen. Mit dem Erscheinen des NES in den USA plante Nintendo gleichzeitig mit dem Neudesign des ursprünglichen Famicoms die Einführung des ersten Anti-Pirateriesystems für eine Videospielkonsole. Die patentierte Technologie, genannt 10NES, war in einem ROM in jedem lizenzierten NES-Modul gespeichert. Auf diese Weise sollten illegale Vervielfältigungen von Titeln und unlizenzierte Spiele von Drittherstellern verhindert werden. Es ist auch das erste Mal, dass eine Konsole ein patentiertes Bauteil enthält.

1985 erschien der Atari-ST mit der neuen 68000-CPU und dem Betriebssystem Atari-TOS. Anfänglich gab es für diese Hardware noch wenig Anwendungs-Software. Dieser Übergang von der damals weit verbreiteten 8-Bit-Software unter CP/M zur neuen 16-Bit-Welt wurde von Atari durch den kostenlos mitgelieferten CPMZ80-Emulator erleichtert. Dieser reine SW-Emulator erzeugte auf der 68000-Hardware eine virtuelle, vollständige Z80-CPU sowie ein mit CP/M 2.2 kompatibles Betriebssystem. Dadurch war ein problemloser Betrieb populärer vorhandener Software wie z. B. Wordstar, DBase, Multiplan wie auch vieler Compiler, Spiele etc. möglich.

1988 brachte SEGA in Japan die 16-Bit-Konsole Mega Drive auf den Markt, ein Jahr später erschien sie auch in den USA unter dem Namen Genesis. Ein ganz besonderes Merkmal war ein Adapter, der das Abspielen von Modulen der Vorgänger-Konsole SEGA Master System erlaubte. Somit ist das Mega Drive die erste Konsole mit abwärtskompatibler Emulation.

Zur selben Zeit entwickelt Readysoft „A-Max“, den ersten Macintosh-Emulator für den Amiga, der das Apple-Produkt nahezu perfekt emulierte und sogar dessen Disketten im Amiga-Laufwerk lesen konnte. Der 1989 erwartete Prozess Apple gegen Readysoft fand aber nie statt. Stattdessen versuchte Apple sämtliche Drittherstellerquellen für Mac BIOS Chips auszurotten, dies wurde aber von den eigenen profithungrigen Verkäufern und Lieferanten vereitelt. So wurde durch die A-Max-Affäre festgelegt, dass Emulatoren von Drittherstellern legitim sind. Während bei den Heimcomputern mit der Zeit die Emulatoren fast wie Pilze aus dem Boden schossen, bleib es im Konsolenbereich weitgehend ruhig.

Macronix verklagte Nintendo im Jahre 1991, dass das Anti-Pirateriesystem des NES andere Verkäufer an Arbeiten an der Konsole verhindere, und scheiterte natürlich kläglich. Etwa zur selben Zeit begann Yuji Naka, ein japanischer Videospielprogrammierer, mit den Arbeiten an einem NES-Emulator für den SEGA Mega Drive. Das namenlose Projekt wird als der erste Videospielemulator angesehen, obwohl es nie das Licht der Welt erblickte. Dafür war ein anderes Projekt von Yuji Naka, Sonic the Hedgehog, ein riesiger Erfolg.

1994 war es dann aber so weit: Mit MegaDrive wurde der erste Videospielemulator der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Wie der Name vermuten lässt, ahmt er SEGAs 16-Bitter nach, unterstützt dabei allerdings nur ein Spiel: Sonic the Hedghehog, und auch das nicht besonders gut. Die Arbeit an MegaDrive wurde allerdings nicht fortgesetzt, da der Programmierer den Quellcode verloren hatte. Im selben Jahr wurde von Chris George mit der ersten (nicht funktionierenden) Version von VSMC der erste Super-Nintendo-Emulator entwickelt.

Im Prozess von SEGA gegen MAPHIA, welche in San Francisco ein Software-Piraterie-BBS-Netzwerk geschaffen hatten, wurde festgelegt, dass die Verbreitung von Kopien von Videospiel-ROMS über Telekommunikationstechniken illegal ist. Mit diesem Prozess entstand auch die Bezeichnung ROMs für Videospiel-ROM-Dumps.

1995 wurden dann auch im Internet die ersten Emulation-Seiten gesichtet, welche sich rasch verbreiteten. Ein Jahr später nahmen legendäre Seiten wie Zophar's Domain oder auch Dave's Video Game Classics ihren Betrieb auf, und auch der wohl bekannteste Emulator M.A.M.E. (Multiple Arcade Machine Emulator) wurde entwickelt.

Im selben Jahr erschien auch der erste Translation-Patch für ein ROM: Das ausschließlich in Japan erschienene Final Fantasy V konnte mittels Patch vollständig ins Englische übersetzt werden. 1998 gab Ian Bell, Designer des Videospielklassikers Elite, die NES-Version des Titels offiziell als ROM der Öffentlichkeit frei. Die Emuszene wuchs täglich und breitete sich immer mehr aus. Am 22. März 1998 holte die IDSA zu einem gewaltigen Schlag gegen die ROM-Verbreiter aus. Bekannte Seiten verschwanden mit einem Schlag vom Bildschirm.

Später erwies sich das Ganze jedoch nur als ein kleiner Knick in der Geschichte der Emulation. Die Emu-Szene entwickelte sich weiter, zahlreiche neue Systeme wurden emuliert, alte Systeme werden mit immer perfekteren Emulatoren wiedergegeben. Auch sind Emulatoren auf anderen Konsolen heutzutage keine Besonderheit mehr.

Druckeremulation

Die heute wohl in der EDV häufigsten Emulationen sind Drucker- oder Plotter-emulationen. Fast alle hochwertigen Laserdrucker emulieren zur Zeit einen Hewlett-Packard-LaserJet Drucker (HP-PCL), aber auch Rasterdrucker werden emuliert. Häufig sind auch nach wie vor die Emulationen EPSON ESC-P, IBM-Proprinter und Andere. Viele großformatige Plotter (sowie derartige Drucker) verstehen auch – oder arbeiten mit – der Hewlett-Packard-Plotteremulation (HP-GL).

Terminalemulation

Eine klassische Terminalemulation erlaubt die Interaktion mit textorientierten Programmen, die auf einem entfernten Rechner laufen, über eine externe Schnittstelle, meist eine serielle Leitung oder eine Modemverbindung. Heute hingegen sind Netzwerkverbindungen via TCP/IP die Regel. Terminalemulationen wurden programmiert, um das Verhalten eines „dummen“ Terminals, also eines einfachen Datensicht- und Eingabegerätes, nachzuahmen. Neben den textorientierten Terminalemulationen werden heute vermehrt Lösungen zur Remotebearbeitung mit graphischer Oberfläche (Citrix, MS-Remotedesktop, X-Terminal) eingesetzt. Durch diese graphischen Emulationen können beispielsweise Unix-Benutzer direkt von ihrem Arbeitsplatz aus Programme benutzen, die nur für Windows verfügbar sind (und umgekehrt). Auch die Administration erleichtert sich, da die wesentlichen Wartungs- und Installationsarbeiten nur an einem System, dem Terminal-Server, erfolgen.

Virtuelle Maschine

Eine Virtuelle Maschine (VM) wird oft fälschlicherweise als Emulator bezeichnet. Bei einer VM wird aber die gesamte Hardware, also Prozessor, Arbeitsspeicher etc. eines anderen Systems (Hostrechner) virtuell und möglichst exakt nachgebildet. So ist eine VM vergleichsweise komplexer aufgebaut als andere Emulatoren und wird daher nicht zu selbigen gezählt.

Beispiele:

Kompatibilitätsschicht

Streng genommen ebenfalls vom Emulator zu unterscheiden ist die Kompatibilitätsschicht, die nicht versucht, das ganze System zu emulieren, sondern sich auf die Emulation von Schnittstellen beschränkt. Das bekannteste Beispiel ist Wine.

Anwendungsbereiche

Emulatoren werden für verschiedene Zwecke eingesetzt:

Des Weiteren sind nicht nur die verschlüsselten Schlüssel der SmartCard in diesen sog. EMUs enthalten, sondern auch diverse Verschlüsselungsalgorithmen wie z. B. Betacrypt I+II, alle Ableger des Systems Nagravision, Seca Mediaguard, Viaccess etc.

Siehe auch: Simulator, Bochs, DOSBox, MESS, PearPC, QEMU

Hardware-Emulatoren

Hardware-Emulatoren ermöglichen das Entwickeln von maschinennaher Software, da keine Emulations-Software der in Entwicklung befindlichen Software das Zielsystem „vorgaukelt“, sondern in der Regel eine besondere Hardware ermöglicht, das die Software in einer „echten“ Umgebung läuft. Die Emulations-Hardware bietet zumeist Möglichkeiten, die Software anzuhalten, Haltebedingungen zu setzen etc. ohne das Laufzeitverhalten der Software zu verändern. Die meisten Möglichkeiten bietet in der Regel ein In-Circuit-Emulator, bei dem ein besonders ausgerüsteter Mikroprozessor in der echten Zielhardware zur Softwareentwicklung genutzt wird.

Bekannte Software-Emulatoren

Emulation von x86-Plattformen

Emulation anderer Plattformen

Zwitter-Systeme die emulieren und virtualisieren

VMware Server und VirtualPC (die Version für Microsoft Windows Systeme) sind beide gemischte Systeme, bei denen im wesentlichen nur der Prozessor virtualisiert wird. Der Rest der PC-Plattform, wie z. B. Netzwerkkarte, BIOS usw. hingegen wird emuliert.

Unabhängig von der real installierten Hardware (z. B. NE2000) kann z. B. beim VMWare Server entweder eine 100BaseTX-PCI-Netzwerkkarte von AMD, alternativ eine 1000BaseTX-(Gigabit)-PCI-Netzwerkkarte von Intel oder eine virtuelle Karte mit VMWare-eigenen Treibern emuliert werden. Als BIOS wird immer eine Phoenix-Variante emuliert.

Die von MicroSoft VirtualPC emulierte LAN-Karte basiert, ebenfalls unabhängig vom Chipsatz der Karte des VirtualPC-Hosts, immer auf einem DEC/Intel-21*4*-(TULIP)-Chip.

Oft dafür gehalten, jedoch keine Emulatoren

Folgende Software – überwiegend Virtualisierungslösungen – wird fälschlicherweise oft für Emulations-Software gehalten:

Systeme und Vorteile der Emulation

Emulatoren existieren für fast jedes System. Beliebt sind Emulatoren für Heimcomputer, wie zum Beispiel der VICE für den Commodore 64 oder der UAE für den Amiga. Es existieren jedoch auch weitere unzählige Emulatoren für Computer, Handhelds, Arcade-Automaten und Spielkonsolen, siehe auch M.E.S.S..

In letzter Zeit spielen Emulatoren auch in der Freeware-Szene eine bedeutende Rolle. So bietet etwa der GameBoy Advance durch seine relativ einfache Programmierbarkeit die Möglichkeit, Spiele und Anwendungen zu entwickeln, die dann auch auf einem Emulator genutzt werden können.

Für den Nutzer, der Emulatoren z. B. zum Ausführen von alten, kommerziellen Computer- und Videospielen einsetzt, ist problematisch, dass diese auch dann noch unter dem Schutze des Urheberrechts stehen, wenn es sie seit mehreren Jahren nicht mehr zu kaufen gibt.

Gegenüber der echten, ursprünglichen Hardware besitzen Spielkonsolen-Emulatoren einige Vorteile. Dazu zählen die exzellente Bildqualität, der digital verarbeitete und somit verlustlos aufnehmbare Ton. Weitere, die Benutzerfreundlichkeit der eigentlichen Systeme erweiternde Aspekte sind z. B. das Verbessern der Videoausgabe (z. B. Weichzeichnen und Filtern von Grafiken bei Konsolen wie Super Nintendo oder Playstation, obwohl diese Systeme niemals diese Techniken unterstützten, geschweige denn berechnen könnten) oder das Verwenden von Savestates zum schnellen Speichern und Laden von Spielständen – jederzeit während der Laufzeit des Spieles.

Nachteile der Software-Emulation

Der größte Nachteil von SW-Emulationen ist, dass sie eine hohe Rechenlast auf dem emulierenden System erzeugen. So können, selbst auf modernen Rechnern, zum Beispiel alte Spieleklassiker teilweise nicht flüssig laufen. Die SW-Entwicklung für solche Emulationen ist sehr aufwendig.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Spiele ohne Frame-Limiter zu schnell ablaufen können, wenn die Systemleistung ausreicht, das Spiel mit deutlich mehr Bildern pro Sekunde darzustellen als ursprünglich vorgesehen.

Software

ROMs

Software älterer Computersysteme, besonders der Spielekonsolen, ist häufig nur in Form von ROM-Bausteinen verfügbar. Da sich ROMs relativ einfach auslesen lassen, arbeiten Emulatoren in der Regel problemlos mit so genannten ROM-Dateien (oder auch ROM Images), die in verschiedenen Dateiformaten vorliegen. Ein Hindernis bei der freien Verwertung und Verteilung ist allerdings, dass ROMs (Spiele) in der Regel urheberrechtlich geschützt sind und manche sogar noch kommerziell genutzt werden. Manche Emulatoren können auch komprimierte Dateien (z. B. im Zip-Format) lesen, die mehrere Dateien enthalten können.

Entpackt verweisen verschiedene Dateiendungen auf bestimmte ROM-Formate, beispielsweise:

Images von Datenträgern

Ähnlich verhält es sich mit Kopien von Software, die auf Bändern oder Disketten ausgeliefert wurden. Auch hier sind Tape Images bzw. Disk Images für die Benutzung mit einem Emulator verbreitet.

Manche Emulatoren (zum Beispiel M.E.S.S.) können auch echte Töne von Cassetten als wav-Datei einlesen.

M.A.M.E.

Hauptartikel M.A.M.E.

Ein beliebter Emulator ist M.A.M.E. („Multiple Arcade Machine Emulator“), der tausende bekannte Arcade-Spiele wie Pac-Man emuliert.

Die Spiele-ROMs sind bei dem quelloffenen Emulator jedoch nicht enthalten.

Siehe auch

Literatur

 Wiktionary: Emulation – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik
 Commons: Emulation software – Bilder, Videos und Audiodateien