什麼是模擬器？模擬器的特殊趣味應用及原理

各位朋友是從什麼時候開始玩電玩遊戲的，是從紅白機登登登登的音效開始，還是直接進入 PS 的 3D 時代？記得在電動間被越南大戰坑殺的怨恨，還是對 PS2 真‧三國無雙所帶來的震撼念念不忘？

雖然隨著電腦、遊戲機的硬體效能越來越強，畫面越來越逼真，但是遊戲也變得更為複雜，反而不容易以輕鬆的心情，悠閒地打電動。如果你心中抱著對往日遊戲的懷念，那我們就一起將你心中那微弱的火苗，燃燒成一片熱血火海吧。

什麼是模擬器？

其實模擬器的定義十分廣泛，只要以不同於被模擬端的設備，提供仿真的環境，讓使用者可以去模擬特定的需求，那就可以算是模擬器。舉個例子來說，航空公司會在訓練機師時，使用專業的飛行模擬器，讓訓練中的機師在絕對安全的情況下模擬駕駛，而不用承擔實體飛機墜落的風險。

▲民航機訓練用的飛行模擬器。（圖片來源：維基百科）

這個設備的架構說穿了，就是附震動體感功能的超大型電動玩具，以電腦收集機師對飛機的操作，並計算所有飛行的參數，最後回饋到顯示螢幕以及模擬機艙，達成逼真的飛行模擬實況。

模擬器就是一台軟體遊戲機

這一次主題是電視遊樂器的模擬器，因此把我們焦點放在遊戲機的模擬器上。遊戲機模擬器主要的功能很簡單，就是透過軟體去模擬硬體處理器的功能，使電腦能夠運行其他平台上的軟體。白話來說，模擬器就是一台軟體遊戲機。

▲現在擁有老遊戲機的人應該不多了，想要回味老遊戲的話，多少會遇到很多麻煩。

模擬器有著許多優點，其最大的特色就是利於數位資產的保留。在英文版維基百科中有一句強而有力的說明，「Emulation is a strategy in digital preservation to combat obsolescence.」，其意為模擬器是一個對抗中止服務（指硬體平台）的數位資產保存策略，這邊提到的數位資產，並沒有特別指名內容。

不過套用到我們這次討論的主題上，這些內容就是在各個遊戲主機上的遊戲軟體，如何使用現在的硬體設備，去執行過往遊戲主機的軟體，讓歷史悠久的遊戲文化能夠世世代代傳下去，就是遊戲模擬器的終極目標。

使用模擬器除了可以達成執行舊軟體的目標外，也可以盡可能地保存原始程式的所有內容，包括圖像、聲音等部分，都可能近乎原汁原味地重現，而且對於數位資產保存工作而言，它可以減少整體工作量，我們不需要針對軟體一款一款進行移植，只需開發一套中介的模擬器，就可建構出萬用平台，將所有舊軟體丟上去執行。

模擬器讓你增加10年功

另一方面，模擬器在「藝術表演」上也有很特殊的用途，有群狂熱派的玩家，就專門用模擬器錄製神乎其技的遊戲快速過關影片，這種特殊手法稱為TAS競速（Tool-Assisted Speedrun）。

TAS的始祖是Andy Kempling，他修改了毀滅戰士（DOOM）的原始碼，修改過的版本能夠以慢動作進行，以利於錄製超水準技巧的影片，隨後這種競賽模式就在狂熱玩家間流傳開來，並形成一種地下文化。

▲VBA Rerecording就是為TAS改良的模擬器，它可以顯示許多額外資訊，讓玩家更能掌握遊戲。

TAS的目地很簡單，就是在不修改遊戲本身的程式、記憶體（遵守遊戲規則）的情況下，盡可能地表現超乎常理的完美技巧，TAS玩家可以使用慢動作、重播，或是不斷讀取存檔，甚至是瀏覽記憶體內容，以確認敵人的動作、寶箱內容等，由於TAS並沒有去更變遊戲任何部分，因此即便機率很低，低到比被雷劈到還難，但影片內容還是有可能實現。

熱衷於TAS的玩家，通常會彼此競爭，就像賽車手會計較換輪胎的時間一樣，TAS玩家對小地方都是錙銖必較，這恰巧就是TAS的另一宗旨：追求理論上所需最短的破關時間。

對一般玩家而言，TAS影片也非常具有娛樂效果，如果沒辦法玩到成仙成佛，至少可以長長見識。有興趣的讀者可以到SDA這個網站觀看TAS影片，那邊的影片多到可能一輩子都看不完。

SDA網址（Speed Demos Archive）：http://speeddemosarchive.com/

▲SDA網站收集了許多TAS影片，神人玩家以將成績在此展示為榮，肉腳玩家可以來這邊湊湊熱鬧。

但是模擬器總是伴隨著棘手的法律問題，基本上模擬器的開發過程很可能就會牽扯到軟、硬體的授權問題，如果說要夢到遊戲機的硬體是如何運作，那也太過牽強，如果對主機進行逆向工程，那恐怕就侵犯到廠商的智慧財產。此外，下載舊主機的遊戲也是受到法律禁止，而自己將卡帶上的程式抽取出來，又存有灰色空間，因此模擬器的法律爭議一直沒有徹底解決過。

模擬器的原理

一般典型的模擬器，會以軟體模組對應實體被模擬端的硬體架構，可以把模擬器粗分為處理器模組、記憶單元模組，以及I/O單元模組，通常模擬器會略過匯流排的模擬，因為模擬匯流排無疑是繞遠路的方法，直接將資料送進模擬處理器除了可以減少程式的複雜度，也可以增加程式運作的效率。

遊戲機的模擬器可以類比為實體的主機，電腦的螢幕、喇叭就相當於這台主機輸出資訊的地方，而電腦鍵鼠、遊戲搖桿，則是接上這台主機的輸入設備。遊戲卡帶的部分則類比為模擬器的ROM，卡帶的功能是用來儲存遊戲程式，由於我們不需要程式的載體，因此只需要卡帶內的程式本身，這個程式的部分以ROM稱呼。

不是虛擬機器

模擬器（emulator）和虛擬機器（virtual machine）聽起來感覺很相近，但其原理及功能卻大不相同。模擬器是利用實體電腦，建立被模擬電腦，然後將被模擬電腦的程式透過直譯器在實體電腦上執行，而虛擬機器則是直接在主作業系統（host OS）上，建立一個完全獨立的虛擬作業系統（guest OS），無論在主、客作業系統，程式都是直接丟進CPU執行。

然而硬體虛擬化（virtualization）又是一個不太一樣的觀念，虛擬化指的是將主電腦（host machine）的硬體資源切割成多個部分，並建立多個虛擬電腦（guest machine），以供給多個用戶使用，虛擬電腦的程式也是使用主電腦的處理器進行運算。

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