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N80の部屋
その昔作った賞味期限切れプログラムの物置小屋です。
N80とは
N80はNECが1979年より発売していた8bitコンピュータの名機「PC-8001 」のエミュレータです。
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プログラムについて
機能
Z80 CPU 及び PC-8001の主だったデバイスをエミュレートしています。擬似カセットインターフェースやHAL研究所のPCG-8100にも対応しています。しかしCRTCの属性機能については、完璧に再現されているわけではありません（上線、下線機能が未対応等 、その他）。また、仕様頻度の少ない Z80命令も一部未実装で省略されています。DOS版ではPCG-8100のサウンドまで対応していましたが、DirectX版では未対応となっています 。
動作環境
DirectX 7以上のWindows(2000/ XP/Vista/7/8.1/10)互換機で動作します。Vistaは所有していないので試していません。
必要なもの
動作させるには実機のROMが必要です。PC-8001より何らかの手段で抽出し"PC-8001.ROM"というファイル名で実行ファイルと同じディレクトリに配置してください。又、PC-8801のN-BASIC ROMでも動作します。その場合は"8801-N80.ROM"というファイル名にしてください。詳細はこちらを参照 のこと）。
操作方法
N80は常に全画面モードで動作します。実機のKey以外にアプリケーションの制御用として以下のKeyが割り当てられています：
[F7] 設定画面
[F8] MUTE機能。音声のON/OFFをトグルで切替
[F9] N80/CMTファイルの選択
[F11] PCG切替トグル
[F12] リセット
[END] エミュレータの終了
また設定画面[F7]では以下の項目が設定可能です：
DMA load・・・・・・・・負荷微調整（数値が少ない程負荷が軽くなる）
Wait Interval ・・・・・この項目は現在未使用です （設定を変更しても無視されます）
Flip Rate ・・・・・・・画面描画レートを設定します
Volume・・・・・・・・・音量調整（ハード）
Amplitude ・・・・・・・音量調整（ソフト）
Overtone・・・・・・・・サンプリングを4倍で行って補正します（効果を見る限り意味なかったかも・・・）
Sample Equilibrating・・サンプリング平衡化（これも、まぁ、アレですｗ）
Wait Vertical Blank ・・垂直帰線時のバッファ転送（場合によっては遅くなります）
項目の一部はN80.INIファイルの保存されます(多くの項目は結局、不要となって未機能にしてしまいました、、、ｗ）。
開発史
経緯
そもそもエミュレータを作ろうと思ったのは、1993年暮れに私が初めてPC/AT互換機を購入した際に友人が教えて(見せて)くれたApple][ エミュレータがきっかけでした。まだエミュレータというものの存在を知らなかった上に、Apple][ j-plusのオーナーでもありファンであった（CALL -151でニヤリとしたあなた、ご同輩ですねｗ）当方には、その見事な出来栄え、再現性に衝撃を受けたのを覚えています。そこで自分も何かやってみたいという創作意欲にかきたてられ、白羽の矢が当たったのがあの名機「PC-8001」でした。
DOS
当時はまだNEC PC-9801シリーズの天下で、OSは(UNIXや汎用機を除くパソコン界では)MS-DOSが主流でWindows 3.1Jも出たばかりといった暗黒の16bit時代でした（8086をいじった方なら誰しも同意して頂けるのではないでしょうかｗ）。従って、最初に作ったのもMS-DOS用でした。当時、私のマシンは486SX-25MHzという今にして思えば貧弱この上(下？ｗ)ないスペックで、こんな環境でもまっとうに動くようにとコードの大半はアセンブラで書いていました。1993年暮れよりまずはZ80エミュレータを作成し、翌年の1994年にPC-8001部も含めた初版が出来上がりました。「N80 」と命名されたエミュレータは仲間内で大いに盛り上がりましたが、実機のROMを必要とするアングラの極みのような一品をを外部に公開することはありませんでした。
Windows
DOS版の開発からしばらくして友人がHPを始め、そこでの話のネタにでもとDOS版のN80を公開してくれていたのですが、一部で好評(?)を得てたくさんのメールを頂いたり、雑誌に掲載されたりしたのに気を良くしてWindows版を作りました（単純ですねｗ）。
又、DOS版でPC-8801（mk2でもSRでもない無印）エミュレータN88 を作ったのもこの頃でした(後述)。Windows版は32bit化されたWindows95以降にWinGを使って作成しましたが、とにかく重くてお話になりませんでした。その後DirectXに切り替えて1997年から翌年に掛けて作成しました。DOS版のソースを元にしているので核となるZ80やデバイスのコードはアセンブラのままでお世辞にも奇麗なコードとは言えない代物です（しかも少し不安定です…orz）。
それでも私のDOS/Vマシン(Pentium 100MHz?)と私の力量では如何ともし難く満足いくものではありませんでした。その後は個人的に忙しくなり、DirectX版はそのまま中途半端に放置されてしまいました。
PC-8801
森田氏作の"ALPHOS"を(個人的に)後世に残そうと取り組んだのが「N88」でした。鈍足の名を欲しいままにしていた初代8801でパレットを駆使して淀みないスクロールを実現していた"ALPHOS"は衝撃的でした。正直、自分は初期のカセット時代のゲームにしか思い入れがなく、本体より高価だったFDDも後年に中古で購入した身だったのでフロッピー版のゲームが普及した頃にはすっかり興味が薄れてしまっていました。
それでも手持ちのカセットを活かすべく「N88」は「N80」を拡張する形で実装したのでDOS版でした。VGAには4枚のVRAMがありましたが、TEXT-VRAMとの同時使用が出来なかったので、
3枚をGVRAMに、残り1枚にグラフィックでTEXT表示するようにしました。従って、文字は単色表示しか出来ませんでした。8001と違って割り込みを使っていたりメモリ構成も複雑でしたが何とか"ALPHOS"が動いたので感無量でした。しかし、この頃にはDOS時代は終焉を迎えていました。
2007年現在
あれから10年以上も経過して何故、今更？ということですが、たまたまディスクの整理をしていたら埋もれていたN80を発見し、久しぶりに起動したらうまく動きません。そこで少し手直しをして何とか動作するように改良したのを機に、ひっそりと公開することにしました（VisualStudio2003にもアセンブラ付いてるんですねｗ）。あの頃の私は個人でHPを所有しておらず自身の手で公開したことがなかったのです。今となっては、他にもっと優秀なPC-8001/8801系エミュレータが存在していますので実際使うにはそちらを、そして思い出の一品としてｗコレクションのひとつとしてｗN80もいかがでしょうか？ｗ
2009年現在
Windows7が発売されました、個人的にノートPCに入れてみたのですが、そのままではN80が動きませんでした。そこでWindows7でも動作するように少々改良してみました（開発にはVisualC++ 2008 Expressを使用）。又、WinRing0ドライバ を利用してBeep音を出すモードを追加しました。DirectSoundやBeep APIより再現度が高いと思います（が、直接I/Oポートを叩くので危険度が増しますｗ）。お好みに応じてチョイスしてください(Ver1.46として公開）。※セキュリティーソフトを入れている場合はWinRing0の使用時に"怪しい挙動"として検知されることがあります。
2010年現在
DirectSoundによるBeepやPCGの再現性を向上しました。実機のような高速スイッチング方式では速度的に無理があったのでリアルタイムでPCMを作成して鳴らすよう変更しました。これで最初のDirectX版を作成してからずっと放置していた問題もようやくクリアされたと思います(Ver1.70として公開）。ずっと気にはなってたんですけどね、、、ｗ
2011年現在
何を血迷ったのか本体が既に骨董品レベルのZaurus(SL-C3000)に移植。ZaurusにはFedora 10のARM版を入れているので、ほぼLinuxのプログラムとして作成。SL-C3000はIntelのPXA270が搭載されているので、frame buffer描画にiWMMXt命令など使った遊び心満点な仕上がりになっていますｗ Z80部分もC言語化しました。
2012年現在
Cocoaの勉強がてら、お題としてN80をMacOS X(10.8)に移植しました。Key入力絡みやら何やらまだ未完成ではありますがAlpha版として公開します。
2014年現在
最初にDOS版を作成してから20年の時が経ちました。NECがLenovoのThinkPadを米沢工場で作るとか、、、時代の移り変わりはまさに諸行無常ですね。個人的には、Apple//e(1984年製)の中古を入手したりと、若干血迷った行動もしていますが相変わらずです。先日、本屋でふと工学社のI/O誌を見かけました、まだ発行してたんですね、驚きです。昔のI/O誌をKindleで復刻版とか銘打って売ってくれれば必ず買うんだけどな、、、ｗ
2016年現在
Xcode7よりiOS開発において実機によるデバッグが登録していなくてもAppleIDさえあれば出来るようになりました。そこで、以前MacOS X用に移植したものをiOS用に再移植してみました。驚くほど親和性が高く、ほんの少しの手直しで動くようになりました。仮想キーボードと仮想JOYPADを実装して、外部KB無しで何とか単体でも動かせるようにはなりましたが、ゲームをするには少々厳しいですね。SMBプロトコルによるイメージファイルの読み込み対応。無駄に努力してしまいましたｗ
2019年現在
今でもたまに思い出したようにN80のメンテナンスをしています。というのも、swift2から始めたiOS用でしたがswiftのバージョンが上がる度にいろいろ言語仕様やCocoaの仕様が変わり手直しが必要となってしまうからですｗ 困ったものですね、、、現在swift5で動作しています。
2020年現在
とある事をきっかけにHAL研のPCGには後期モデルというものが存在し、3音声出るということを知りました。これは40年も経って初めて知る衝撃の事実でしたｗ 手持ちのPCGは前期モデルで1音しか出ませんし、初期のHAL研のゲームでも1音しか出てなかったと思います。そこでN80も3音声対応に改良しました。また、拡張ROM領域($6000〜$7FFF)をRAMエリアとして使えるような改良も地味に行いました。
2021年現在
DOS版のN88の頃から未解決だったCMT入力での不具合が直りました。"NEW ON 1"でNモードにすると"割り込み式"から"ポーリング式"へと受信が切換えられ、その時の受信バッファのゴミをどうするかがずっと解決できないまま
放置していたのをやっと重い腰を上げて対応ｗ 更に、N88ではN80ファイルが読み込めない件も修正しました。原因は余りにも単純な事で何で今の今まで気付かなかったんだろう？と呆れてしまいましたｗ。
ダウンロード
ケロン軍脅威のテクノロジー^^;
MS-Cの系譜
DOS版ではMS-C 6.1とMASMを使って開発しました。makeにはDOS用にポーティングされたgmakeを使っています。
64KBのセグメントの壁と世界一ユーザーフレンドリーなMASM構文と格闘しつつ・・・ｗ。
その後MS-CはVisualCと名前を変え現代に至るVisualStudio2005まで進化していますが、今でもしっかりMASMはサポートされています。
VS2003ではML ver7.0、VS2005ではML 8.0が付属していますし、無料のVC2005 Express版でも本体には付属していませんが別途MSのサイトよりダウンロードできるようになっています(2009/12/30追記：VC++2008 Express版ではML 9.0が付属しています ）。
今回の手直しの際にはVS2003を使用しています。これはただ単純に手元の開発環境に2003がインストールされていただけの話で、VC++ 6.0のプロジェクトをVS2003で読み込み直しただけですから、VC++6.0でも最新のソースはビルド可能なはずです 現在はVisualC++ 2008 Express VisualStudio Community 2019を使用していますので古いVCではビルド出来ません。ml /c /Zm /Cp /coff /Fo$(OutDir)\$(InputName).obj $(InputPath) を指定し出力には$(OutDir)\$(InputName).obj のように指定します(2009/12/30追記：VC++2008 Express版ではカスタムビルドにMASMの選択肢があります ）。
EGA
最初にエミュレーターが作れそうだと確信したのは、PC/AT互換機で採用されていたグラフィックス装置EGAのお陰でした。CGA/EGA/VGA/SVGAと続く互換機のグラフィックス装置はBIOSレベルで互換性が確保されており、どのマシンでも利用可能でした。EGAのテキストモードにはPC-8001や8801、9801のテキストアトリビュート機能に似た機能を備えていた上、表示するフォントを外部から変更することが可能でした。これならプログラムでPC-8001やPCGのフォントを動的に変更することができ、しかもグラフィックスを使用しない分高速に表示させることができます。そこでDOS版のN80の開発に取り掛かりました。
Z80(uPD780C)
8080より派生したZ80だけに8086との相性もよく、Z80のエミュレーションも比較的容易に実装出来ました。逆にどっぷり8086に依存しているので他に移植しにくい（使いまわしの効かないｗ）コードになってしまいました。特に演算後のフラグの変化は8086そのものの命令実行後のフラグ変化を利用しています。前述の通り、当時はプアなマシンで実行することを前提としていましたから、Z80エミュレータ部は全てアセンブラで記述しマクロを多用した難解なコードとなっています。全ての命令を実装したのではなく主だった命令のみを先に実装し、後はN80上のゲームを動かしながら足りない命令を追加していくといった方式で開発を進めた為、今でも未実装の命令が残っています。このサイト を知っていればもうちょっとマシなZ80になってたかもしれませんね。
BEEP
PC-8001の特徴の一つに2400Hzで発声するBEEP音があります。PC-8001では、このBEEPを高速にスイッチングすることで音階を作ったり、ゲームの効果音を作ったりしていました。DOS版では互換機のBEEPを直接叩いて流用することができPCGの発声にも利用できましたが、Windows版では直接ポートは叩けません（Windows95ではいけたんですがｗ）。しかしNTにはBeep APIが用意されていたのでそれを使っています 。DirectSoundを使って2400HzのWAVを鳴らすことにも挑戦したのですが、高速なスイッチングが出来ず断念しました かなり音痴ではありますが一応音が鳴るようにしました（PCG１音も発声します）。これは単に当方が未熟者だということで・・・
CRTC(uPD3301)
一番苦労も多く、今でも完全にエミュレートしきれていないのが、このCRTC です。テキストを属性で修飾し表示するのですが、この仕様が今ひとつ把握しきれずゲームによっては正しい属性で表示されません。ほとんどの手持ちのゲームではそれなりに表示できるようにはしたのですが、未知のゲームまではわかりません。
DirectDraw
Windows版ではDirectXのDirectDraw機能を利用していますが、現在のDirectX8や9以降では3Dに特化され2D機能は先細りな様子です。一応、今でも2Dインターフェースは用意されているようですが、以前CマガジンにDirect3D上で2D表示を行うといった記事も掲載されていました。今時のDirectXで2D表示を行うにはどういった手法が正解なのかわかりませんが、N80では昔ながらの2DのDirectDrawインターフェースを使用しています。将来のDirectXではこの機能が省略される可能性もあるのでしょうか？心配です。
ウェイト処理
実機の速度になるべく近づける為、DOS版や初期のWindows版では空回りのウェイトループを入れてユーザ自身が調整を行えるようにパラメータファイルを読み込ませていました。お世辞にも賢い方法ではありませんでしたが（当時の私の486SX-25ではNo Waitで丁度いい速度で動作していたんですよね、、、ところが！信じられないことに486DX66を所有していた友人に早過ぎて遊べないと言われて慌ててWait入れたんですｗ 少しでも速く動作させようとアセンブラで書いたのに、、、;;）、Windows最新版ではZ80のステート数からある程度自動的に速度調整を付けるように改良されています。この際、Win32 APIに用意されている高精度タイマーを利用していますが、場合によっては正しく動作しないかもしれません。 N80.INIのclk_rateを調整することで全体の動作速度が変更できます、ここにそのまま周波数を設定します（4MHzなら4000000と言った具合）。数値のオーバーフローチェック等していないので常識の範囲で設定してくださいｗ 。
あとがき
さいごに
Apple][エミュレータに刺激されて作成したN80ですが、PC-8001は私にとっても思い入れの深いマシンでした。今と違って多くの雑誌にゲームのダンプリストが掲載されており、それを必死で打ち込んでは遊んだものです。そんな苦労の賜物であるテープを何とか今に保存したいという想いも実現出来き、その使命も達成されたことと思います。
30周年
もう2009年も師走。ふと、このページを読み返してみると1979年にPC-8001が発売されてから今年でちょうど30年経過してたんですね。すっかり忘れてというか、気付きませんでしたｗ (2009/12/13追記)
40周年
元号も変わった今年2019年は、PC-8001が発売されてから40周年になります。そうですか、40年も経ちましたか、、、(2019/5/19追記)
N80 20周年記念
1994年に完成したDOS版のN80から、来年2014年で20周年になります。1993年のZ80エミュレーター作成から始まった記録を回顧録として公開しました 。
掲載記事
月刊ASCII 1997年10月号 パソコン秘宝館 第18回 PC-8001エミュレーター ASCII p.464
e-mail:管理者
※DAA命令の改良(完治したのかは不明)