Планирую сделать FDD эмулятор на Atmega8

[barsik]

Да ладно, смотрим к примеру KAY и не наблюдаем что бы FDC управлял WAIT для процессора

Не знаю о каком KAY речь. Я имею схему только KAY-256 из 1994. На нём используется внешний КНГМД (для чего и стоят два слота). Т.е используется обычный контроллер для TR-DOS. А там WAIT для ожидания готовности данных не используется.

Хотя есть схемы КНГМД, где для того чтобы процессор успевал на такте ниже 2.5 МГЦ, WAIT используется именно для этих целей. Но даже при таком принципе работы КНГМД эмулятору не нужна бешенная скорость. Впрочем, таких схем КНГМД для ZX нет, т.к его скоростей хватает.

Процессор читает регистр статуса или регистр данных, AVR не успеет выставить данные на шину, что бы процессор успел прочитать

А зачем же Ваш AVR с'эмулировал в регистре статуса флаг готовности, если еще не записал данные в регистр данных. Пока нет флага готовности процессор ничего не будет читать из регистра данных, а будет покорно ждать флага готовности часами. Медленный процессор 4004 сначала запишет в регистр данных данные для считывания, а только затем поставит флаг готовности в регистре статуса.

нужно дополнительно менять направление GPIO

Ничего не знаю о GPIO. Я не знаком с AVR, для меня вообще AVR, Atmega, Arduino, ПЛИС и т.п - пустой звук. А точнее, такие абсолютно непонятные слова я приравниваю к матерным ругательствам. Т.к у меня рэтро-хобби. Но со схемами КНГМД, алгоритмами их работы и с их программированием я знаком.