A retrocomputação permite que você conheça a história da tecnologia, mostrando até onde os computadores modernos chegaram. Veja como construir sua própria réplica funcional do Apple I.
Os computadores percorreram um longo caminho desde que a Apple começou em 1976. Naquela época, quando Steve Jobs e Steve Wozniak montaram os kits de computador Apple I originais, tudo era adquirido e montado à mão.
A Apple era uma pequena empresa com sede na garagem dos pais de Steve Jobs, e a Apple vendia kits de computadores na garagem.
Os kits Apple I consistiam em uma enorme placa-mãe, várias dezenas de chips lógicos, grandes capacitores de energia, diodos, resistores, um chip ROM e uma CPU 6502 projetada pela Motorola e fabricada pela MOS Technology.
O 6502 era uma CPU comum na década de 1980-sendo usado em computadores Apple, Atari e Commodore. Foi a primeira CPU de microcomputador verdadeiramente de baixo custo e foi o elemento-chave que permitiu que a revolução do computador pessoal acontecesse.
Para o Apple I, também foi deixado como exercício para o usuário construir uma fonte de alimentação caseira e obter um teclado fornecido por uma empresa chamada Datanetics, que mais tarde fez o teclado Apple II.
Você pode ver uma foto de 1979 de Jobs com um Apple II no site do Computer History Museum.
O Apple I foi vendido em forma de kit-nenhuma unidade completamente montada foi vendida.
A máquina foi lançada pela primeira vez em 11 de abril de 1976-apenas dez dias depois que a Apple foi fundada no dia da mentira do mesmo ano. De brincadeira, Steve e Steve decidiram fixar o preço da máquina em $ 666,66 dólares americanos.
As vendas do Apple I foram pequenas, principalmente devido às suas capacidades extremamente limitadas. Também havia kits muito mais avançados de outras empresas disponíveis, como a Sinclair do Reino Unido, cujas máquinas ofereciam vídeo embutido, gráficos, teclado, porta de cassete e, posteriormente, cores.
O computador Apple I original de Steve Wozniak, construído na garagem da família Jobs e alojado em uma caixa de madeira, estava originalmente em exibição no próprio museu interno da Apple em R+D Six on 1 Infinite Loop, em Cupertino, CA , mas agora está no Smithsonian Museum em Washington, DC.
O computador de acompanhamento, o Apple II, enviado dois anos depois em um estojo totalmente montado, completo com fonte de alimentação interna e teclado. Ele incluía um modo gráfico e BASIC compatível, que precisava ser carregado de um disquete ou de uma placa de expansão baseada em ROM.
Um segundo modelo, o Apple II+, um ano depois, suportava o BASIC integrado e inicializava a partir de um disquete externo.
O Apple II foi o primeiro produto matador da Apple, e quando o primeiro aplicativo matador do Apple II, VisiCalc, foi escrito por Dan Bricklin e Bob Frankston um ano depois, a Apple se tornou a primeira empresa de computadores pessoais bilionária do Vale do Silício da noite para o dia.
Os computadores Apple II voaram das prateleiras quando contadores e outros empresários usaram o VisiCalc para gerenciar seus negócios e automatizar a contabilidade e a previsão.
O Apple I era severamente limitado, principalmente porque a RAM era extremamente cara na época, e a máquina suportava 4K ou 8K de RAM expansível até 32K. O Apple I era apenas texto e não tinha modo gráfico, cor e sprites para a criação de jogos.
A máquina não tinha sistema operacional-o BASIC podia ser carregado a partir de um Compact Cassette opcional, um formato de áudio popular da década de 1970, desde que o usuário também construísse a placa de interface de expansão de cassete opcional que se encaixava na única porta de expansão da máquina.
Sem o BASIC, se o usuário quisesse programar o Apple I, teria que usar a linguagem assembly Motorola 6502 e o monitor embutido da máquina, WozMon.
O Apple I original.
Avanço rápido de quarenta e cinco anos
No mundo de hoje, placas de circuito impresso (PCBs) podem ser projetadas em horas ou dias em software, o arquivo salvo e carregado no internet para casas de produção de PCB em todo o mundo. O comprador pode receber as placas em sua porta em uma semana-quase sem nenhum custo.
Combine isso com os avanços modernos em processadores e microcontroladores, como FPGAs, EPROMS flash e dispositivos IoT, como Arduino, e você terá todos os ingredientes de uma nova revolução da computação retrô.
Vários empreendedores empreendedores recriaram o Apple I PCB original e agora os vendem online, inclusive no eBay e Etsy. Você pode comprar uma dessas placas e preenchê-las você mesmo com peças, construindo uma nova réplica exata do Apple I original.
Você também precisará encontrar um chip ROM original do Apple I e construa sua própria fonte de alimentação personalizada para a placa ou encontre uma pré-construída online. A documentação original do Apple I também pode ser encontrada online, mas esteja ciente de que o documento ainda é material protegido por direitos autorais de propriedade da Apple, Inc.
Uma réplica Apple I PCB à venda no eBay do vendedor”newton-computer”. O PCB de interface de cassete também está incluído.
PCB de réplica RC6502
Se você não está à altura da tarefa de comprar e montar tudo o que é necessário para fazer um novo Apple I original, há uma maneira melhor. A Tebi da Noruega criou um pequeno novo PCB chamado RC6502 que usa a ROM Apple I original, um único chip SRAM, uma CPU 6502 rodando a 1MHz e um único chip 6821P PIA, também originalmente fabricado pela Motorola.
A placa também requer um único Arduino Nano, no qual você deve carregar um programa, bem como alguns outros componentes pequenos. Você também pode fazer um backplane PCB opcional para adicionar outros recursos, incluindo uma unidade de exibição de vídeo.
Computador RC6502 montado.
O RC6502 é de código aberto e você pode baixar os arquivos Gerber e encomendar o seu próprio online, ou encomendar uma placa de vendedores no eBay, Amazon, Etsy e uma série de outros pontos de venda online. Um arquivo Gerber é um esquema gerado por computador de um circuito eletrônico que é usado para produzir um PCB.
A grande vantagem do RC6502 é seu tamanho e baixo número de componentes, já que o custo total para construir a placa é inferior a US$ 50.
Primeiros passos
Vamos dar uma olhada no PCB simples:
Réplica RC6502 Apple I PCB.
No canto superior esquerdo, há 3 componentes: um oscilador de cristal de 1MHz chip, um chip timer 555 comum e um chip MCP23S17-E/SP Serial Peripheral Interface (SPI). O último, fabricado pela Microchip Technology Inc. de Chandler, AZ, ajuda a placa a se comunicar com um Arduino Nano.
O MCP23S17-E/SP pode ser um pouco caro e difícil de encontrar devido a problemas na cadeia de suprimentos causados pela pandemia de COVID, mas aos poucos eles estão se tornando mais disponíveis.
A DigiKey parece ter um grande estoque agora, ou experimente o AliExpress. Encontramos o nosso no AliExpress, mas custou $ 7 incluindo frete durante a escassez.
Use um chip oscilador de cristal de 1Mhz. O Apple I original também rodava a 1MHz.
No canto superior direito da placa há um espaço para conectores Arduino Nano, que você deve soldar para poder conectar um Arduino neles.
Abaixo estão 3 chips lógicos comuns: 74HCT138N, 74HCT04N e 74HCT00N. Estes são portas lógicas, multiplexadores e inversores e todos custam cerca de alguns dólares cada.
Sob os três chips lógicos estão um único chip SRAM (HM62256BLP-7 fabricado pela Hitachi, ou equivalente) e um único EPROM flashable, neste caso um Atmel AT28C64-15PC). Você também precisará de um dispositivo programador USB para fazer o flash do chip Atmel.
O”-7″no final do HM62256BLP-7 indica a velocidade da RAM-neste caso 70ns, mas você pode conseguir que chips um pouco mais lentos funcionem, possivelmente tão lentos quanto 100ns (ou”-10″no final do nome do modelo do chip). Na maioria dos casos, se a velocidade estiver próxima, a RAM pode ser reduzida para corresponder à velocidade da placa.
Chip SRAM Hitachi HM62256BLP-7.
À esquerda da RAM e da EPROM está uma CPU Motorola 6502, rodando a 1 MHz, embora você possa obter o equivalente moderno do 6502, o 65C02, para funcionar também. 65C02 é um substituto moderno para o 6502 e é feito pelo Western Design Center (a empresa sucessora da MOS Technology), localizado em Mesa, AZ.
O 65C02 usa um design mais moderno, usa menos de 1/10 da potência do 6502s original e pode operar em velocidade variável de até 14MHz. O pino 37 é um pino de entrada de clock para que a CPU possa ser acionada por um oscilador externo-neste caso, o cristal de 1MHz.
CPU W65C02S6TPG-14 mais recente da WDC, que pode executar em até 14MHz e usa menos energia.
Se você não usar um 65C02, precisará adquirir um 6502 usado em funcionamento ou um novo estoque antigo de vendedores on-line. Eles podem ser encontrados no eBay, às vezes na Amazon, no AliExpress ou em uma série de outros vendedores no exterior.
Embora a Motorola tenha feito o 6502 original, eles foram posteriormente licenciados para MOS, então você pode ver os modelos 6502 de ambas as empresas. O 6502 também foi posteriormente licenciado para Rockwell International e UMC.
Ainda é possível encontrar NOS Rockwell e UMC 6502 que têm décadas mas nunca foram usados.
A NOS UMC 6502, código de data”9028T”-2ª semana de 8 mês de 1990.
Normalmente, os chips têm um código de carimbo de data com a semana, mês e ano em que foram fabricados. O ano normalmente é listado primeiro no código de data-mas nem sempre.
Na foto abaixo, o código do carimbo de data 6502 é”0988″-indicando setembro de 1988.
6502 CPU e chip Motorola MC6821P PIA. Um MC6822P também pode funcionar.
Na maioria dos casos, geralmente é melhor obter os chips mais novos possíveis, pois algumas execuções iniciais de produção podem ter problemas e, na maioria dos casos, os materiais dos chips se degradam com o tempo. Portanto, um chip fabricado em 1992 seria geralmente melhor do que um fabricado em 1979.
Normalmente, os Motorola 6502s genuínos têm o logotipo”M”da Motorola, mas nem sempre. Alguns chips acabam como lixo eletrônico na China ou na Índia e são retirados das placas, reformados e recobertos, geralmente com uma impressão genérica, como a mostrada acima.
Esteja ciente de que alguns chips da China são falsos e, embora possam funcionar, podem não ser confiáveis ou funcionar por muito tempo.
Você também precisará de alguns soquetes IC, conectores de jumper, jumpers de plástico estilo placa-mãe de PC, vários resistores e capacitores de cerâmica-principalmente, mas não todos 104 ou 0,1uF.
Para obter uma lista completa da lista de materiais (BOM) do projeto, consulte a página GitHub da Tebi.
Soquetes de solda e peças básicas
Primeiro você vai querer soldar todos os resistores, capacitores de cerâmica, um capacitor eletrolítico, um pequeno momentâneo interruptor de botão e os cabeçalhos de jumper. Tome seu tempo e verifique todas as juntas de solda.
Existem dois tipos de soquetes de IC: um tipo (o tipo mais barato) tem conexões tipo folha plana e um revestimento de plástico que fica plano contra o PCB.
Embora sejam mais baratos, eles também são menos confiáveis: as pequenas folhas de metal que seguram os pinos do IC podem se deslocar e é impossível ver sob o invólucro de plástico, pois ele fica nivelado.
O outro tipo de soquete usa pinos arredondados, com orifícios redondos na parte superior, e geralmente é banhado a ouro para evitar corrosão-mesmo décadas no futuro. O segundo tipo de soquete custa um pouco mais caro, mas vale a pena.
Eles também permitem que você inspecione o lado superior das juntas de solda em um PCB para garantir que não haja pontes indesejadas entre os orifícios (conhecidas como vias).
Observe que soquetes e CIs geralmente têm um entalhe em forma de semicírculo em uma extremidade. Normalmente, os PCBs também possuem marcações com um entalhe em semicírculo. Solde os soquetes de modo que os entalhes coincidam com as marcações do PCB.
Os entalhes garantem que os ICs sejam inseridos da maneira correta, combinando com os soquetes. Isso evita batatas fritas devido à inserção invertida.
Você também precisará soldar o minúsculo botão de reinicialização ou conectores para um interruptor externo, energia e LED de energia no canto superior direito da placa.
O cabeçote de pino longo na parte inferior da placa possui uma variedade de conexões, incluindo alimentação e outros recursos. Consulte a página e a documentação do GitHub para obter uma pinagem completa de todos os pinos do jumper longo.
Uma compilação inicial com todos os componentes pequenos instalados é semelhante a esta:
Montagem inicial de peças pequenas do RC6502: tudo exceto os CIs, cristal e Arduino.
Instalar chips
Em seguida, solde em duas fileiras de cabeçalhos de soquete de pinos para o Arduino Nano no canto superior direito da placa e instale todos os chips em seus soquetes, exceto o chip Atmel EPROM.
EPROM significa Memória Somente de Leitura Programável Apagável. Você precisará usar um dispositivo de programador USB em um PC para fazer o flash do chip EPROM.
Depois de piscar, insira o chip Atmel em seu soquete. Além disso, solde no cristal de 1Mhz no canto superior esquerdo da placa.
Tenha muito cuidado ao inserir ICs em seus soquetes para garantir que nenhum pino seja dobrado ou perca os orifícios do soquete.
Em seguida, adicione pequenos jumpers de plástico aos pinos do jumper conforme descrito na documentação. Existem jumpers para quantidade de RAM, habilitação de PIA, habilitação de ROM e outros. Cada configuração de jumper modifica o comportamento da placa.
Backplane e vídeo opcional
Uma versão anterior do RC6502 Apple Eu usei uma placa backplane, que você ainda pode construir, e várias placas filhas que o jumpers ativados ou desativados. Mas a versão mais recente da placa é um projeto de computador de placa única (SBC) que é independente.
Se você quiser usar a placa de backplane, você precisará usar um header angular no SBC para o conector de header longo para que a placa possa ser conectada verticalmente no backplane.
Se você quiser usar uma exibição de vídeo real com a placa, precisará adicionar duas placas adicionais pequenas (chamadas Unidades de Exibição de Vídeo) e a placa de backplane. Caso contrário, você se conectará à placa SBC por meio de uma conexão serial por meio do Arduino.
Consulte o documento Bus.md em a página do GitHub para obter uma descrição completa do barramento e da pinagem do sistema.
Energia
Se você deseja alimentar a placa usando a conexão USB do Arduino e não estiver usando o backplane, adicione um jumper aos dois-pin logo ao lado do LED de energia marcado como”USB Power”.
Caso contrário, o painel traseiro fornece energia de sua tomada de alimentação CC nos pinos 17 e 18 do cabeçote longo no SBC. Para a conexão USB do Arduino, você pode querer obter um cabo USB com um botão liga/desliga para poder ligar e desligar.
Depois que tudo estiver pronto, conecte o cabo USB do Arduino, conecte-o ao seu Mac e ligue o botão liga/desliga.
Conexão do Arduino
Depois de ligado, você precisará iniciar o aplicativo Arduino IDE no seu Mac ou PC e em Ferramentas-> Placas->Placas Arduino AVR selecione Arduino Nano. Depois de selecionada, você também pode precisar definir a porta serial em Ferramentas->Porta se ela não for selecionada automaticamente.
Depois de conectado ao Arduino IDE, carregue o programa de esboço PIA Communicator para o Arduino usando o IDE conforme mencionado na documentação. Isso permite que o monitor serial do IDE se comunique com o Apple I e exiba sua saída em uma janela no seu Mac.
Se você tiver problemas para se conectar, verifique a taxa de transmissão-a taxa na qual os dados são transferidos pela conexão serial. Deve ser definido como 115200.
Se tudo funcionar conforme planejado, no monitor serial no Arduino IDE você deverá ver um único ponto de exclamação:”!”. Agora você pode digitar qualquer endereço hexadecimal para exibir seu conteúdo.
O PIA Communicator também permite que você carregue os programas 6502 assembly e BASIC para o Apple I e os execute. Depois de carregar o BASIC no Apple I, você pode digitar programas BASIC diretamente no Apple I pela conexão serial e executá-los.
O BASIC alterna o prompt da linha de comando para exibir um”>”em vez do”!”na janela serial.
Aplicativos integrados
Três aplicativos são integrados ao Apple I ROM. Estes estão listados na parte de trás do PCB RC6502 sob a CPU, junto com os endereços de memória ROM em hexadecimal que você precisa para acessá-los. São eles:
Inteiro BASIC (E000) Krusader Assembler (F000) Woz Monitor (FF00)
Para executar qualquer um dos três programas, no”!”prompt, digite o endereço hexadecimal, seguido de um espaço, depois um”R”maiúsculo e pressione Return. Por exemplo, para carregar o Integer BASIC no Apple I a partir da janela serial do Arduino no seu Mac, digite:
e pressione Return.
Você deve ver o prompt da janela serial mudar para:”>”.
Agora você está em BASIC e pode digitar programas em BASIC. Assim que um programa BASIC for inserido, digite run e pressione Return para executá-lo.
O mundo da retrocomputação está se expandindo e o RC6502 é uma maneira rápida e econômica de começar a usar um Apple I build.
Não deixe de conferir também o notável livro Apple I Replica Creation: Back to the Garage ($6 PDF)-que contém uma introdução do próprio Steve Wozniak.