Il computer retrò ti consente di fare i conti con la storia della tecnologia, mostrando fino a che punto sono arrivati i computer moderni. Ecco come costruire la tua replica Apple I funzionante.
I computer hanno fatto molta strada da quando Apple è nata per la prima volta nel 1976. In quei giorni in cui Steve Jobs e Steve Wozniak misero insieme per la prima volta i kit originali per computer Apple I, tutto veniva acquistato e assemblato a mano.
Apple era una piccola azienda con sede nel garage dei genitori di Steve Jobs e Apple vendeva kit di computer fuori dal garage.
I kit Apple I consistevano in un’enorme scheda madre, diverse dozzine di chip logici, condensatori di potenza, diodi, resistori, un chip ROM e una CPU 6502 progettata da MOS Technology e concessa in licenza a Motorola.
Il 6502 era una CPU comune negli anni’80, utilizzata nei computer Apple, Atari e Commodore. È stata la prima CPU per microcomputer veramente a basso costo ed è stato l’elemento chiave che ha permesso la rivoluzione dei personal computer.
Per l’Apple I, è stato anche lasciato come esercizio all’utente costruire un alimentatore homebrew e ottenere una tastiera fornita da una società chiamata Datanetics, che in seguito ha realizzato la tastiera dell’Apple II.
Puoi vedere una foto del 1979 di Jobs con una Apple II sul sito web del Computer History Museum.
L’Apple I è stato venduto in kit-non sono state vendute unità completamente assemblate.
La macchina è stata rilasciata per la prima volta l’11 aprile 1976, appena dieci giorni dopo la fondazione di Apple, il primo di aprile dello stesso anno. Per scherzo, Steve e Steve hanno deciso di fissare il prezzo della macchina a $ 666,66 dollari USA.
Le vendite dell’Apple I furono limitate, principalmente a causa delle sue capacità estremamente limitate. C’erano anche kit molto più avanzati di altre società disponibili, come Sinclair del Regno Unito, le cui macchine offrivano video integrato, grafica, una tastiera, una porta per cassette e, successivamente, il colore.
Il computer Apple I originale di Steve Wozniak, costruito nel garage della famiglia Jobs e alloggiato in una scatola di legno, era originariamente esposto al museo interno di Apple presso R+D Six on 1 Infinite Loop, a Cupertino, CA , ma ora si trova allo Smithsonian Museum di Washington, DC.
Il computer successivo, l’Apple II, spedito due anni dopo in un case completamente assemblato, completo di alimentatore interno e tastiera. Comprendeva una modalità grafica e BASIC supportato, che doveva essere caricato da un floppy disk o da una scheda aggiuntiva basata su ROM.
Un secondo modello, l’Apple II+, un anno dopo, supportava il BASIC integrato e l’avvio da un floppy disk esterno.
L’Apple II è stato il primo prodotto killer di Apple, e quando la prima app killer di Apple II VisiCalc è stata scritta da Dan Bricklin e Bob Frankston un anno dopo, Apple è diventata la prima azienda di personal computer da un miliardo di dollari della Silicon Valley dall’oggi al domani.
I computer Apple II sono volati via dagli scaffali quando contabili e altri uomini d’affari hanno utilizzato VisiCalc per gestire le proprie attività e automatizzare la contabilità e le previsioni.
L’Apple I era fortemente limitato, principalmente perché la RAM era estremamente costosa all’epoca e la macchina supportava 4K o 8K di RAM espandibile a 32K. L’Apple I era solo testo e mancava di una modalità grafica, colore e sprite per la creazione del gioco.
La macchina non aveva un sistema operativo: il BASIC poteva essere caricato da una Compact Cassette opzionale, un popolare formato audio degli anni’70, a condizione che l’utente costruisse anche la scheda di interfaccia di espansione della cassetta opzionale che si adattasse all’unica porta di espansione della macchina.
Senza BASIC, se l’utente voleva programmare l’Apple I doveva usare il linguaggio assembly Motorola 6502 e il monitor integrato della macchina, WozMon.
L’originale Apple I.
Fast forward di quarantacinque anni
Nel mondo di oggi, i circuiti stampati (PCB) possono essere progettati in ore o giorni nel software, il file salvato e caricato sul Internet alle case di produzione di PCB in tutto il mondo. L’acquirente può avere le assi alla sua porta entro una settimana, quasi senza alcun costo.
Combina questo con i moderni progressi nei processori e nei microcontrollori come FPGA, EPROM flash e dispositivi IoT come Arduino, e avrai tutti gli ingredienti per una nuova rivoluzione del computer retrò.
Diversi imprenditori intraprendenti hanno ricreato l’originale Apple I PCB e ora li vendono online, anche su eBay ed Etsy. Puoi acquistare una di queste schede e ripopolarle tu stesso con le parti, costruendo una nuova replica esatta e funzionante dell’Apple I originale.
Dovrai anche trovare un chip ROM Apple I originale funzionante e costruisci il tuo alimentatore personalizzato per la scheda o trovane uno precostituito online. La documentazione originale dell’Apple I può anche essere trovata online, ma tieni presente che il documento è ancora materiale protetto da copyright di proprietà di Apple, Inc.
Una replica del PCB Apple I in vendita su eBay dal venditore”newton-computer”. È incluso anche il PCB dell’interfaccia della cassetta.
PCB replica RC6502
Se non sei all’altezza del compito di acquistare e assemblare tutto il necessario per realizzare un nuovo originale Apple I, c’è un modo migliore. Tebi of Norway ha creato un nuovo PCB minuscolo chiamato RC6502 che utilizza la ROM Apple I originale, un singolo chip SRAM, una CPU 6502 funzionante a 1 MHz e un singolo chip PIA 6821P, anch’esso originariamente prodotto da Motorola.
La scheda richiede anche un singolo Arduino Nano, in cui devi caricare un programma, oltre ad alcuni altri piccoli componenti. È inoltre possibile creare un PCB backplane opzionale per aggiungere altre funzionalità, tra cui un’unità di visualizzazione video.
Computer RC6502 assemblato.
L’RC6502 è open source e puoi scaricare i file Gerber e ordinarne uno online oppure ordinare una scheda dai venditori su eBay, Amazon, Etsy e una miriade di altri punti vendita online. Un file Gerber è uno schema generato dal computer di un circuito elettronico che viene utilizzato per produrre un PCB.
Il grande vantaggio dell’RC6502 è la sua dimensione e il basso numero di componenti, poiché il costo totale per costruire la scheda è inferiore a $ 50.
Per iniziare
Diamo un’occhiata al PCB nudo:
RC6502 replica Apple I PCB.
Nell’angolo in alto a sinistra, ci sono 3 componenti: un oscillatore a cristallo da 1 MHz chip, un comune chip timer 555 e un chip SPI (Serial Peripheral Interface) MCP23S17-E/SP. L’ultimo, realizzato da Microchip Technology Inc. di Chandler, AZ, aiuta la scheda a comunicare con un Arduino Nano.
L’MCP23S17-E/SP può essere un po’costoso e difficile da trovare a causa dei problemi della catena di fornitura causati dalla pandemia di COVID, ma stanno lentamente diventando più disponibili.
DigiKey sembra avere uno stock enorme ora, o prova AliExpress. Abbiamo trovato il nostro su AliExpress, ma costava $ 7 compresa la spedizione durante la carenza.
Usa un chip oscillatore a cristallo da 1 Mhz. Anche l’Apple I originale funzionava a 1 MHz.
Nell’angolo in alto a destra della scheda c’è uno spazio per le intestazioni Arduino Nano, che devi saldare in modo da poterci collegare un Arduino.
Sotto ci sono 3 chip logici comuni: 74HCT138N, 74HCT04N e 74HCT00N. Si tratta di porte logiche, multiplexer e inverter e costano tutti circa pochi dollari ciascuno.
Sotto i tre chip logici c’è un singolo chip SRAM (HM62256BLP-7 prodotto da Hitachi, o equivalente) e una singola EPROM flashabile, in questo caso un Atmel AT28C64-15PC). Avrai anche bisogno di un dispositivo programmatore USB per eseguire il flashing del chip Atmel.
Il”-7″alla fine di HM62256BLP-7 indica la velocità della RAM-in questo caso 70ns, ma potresti essere in grado di far funzionare chip leggermente più lenti, possibilmente fino a 100ns (o”-10″alla fine del nome del modello del chip). Nella maggior parte dei casi, se la velocità è vicina, la RAM può essere rallentata per adattarsi alla velocità della scheda.
Chip SRAM Hitachi HM62256BLP-7.
A sinistra della RAM e della EPROM c’è una CPU Motorola 6502, che funziona a 1 MHz, anche se potresti essere in grado di far funzionare anche l’equivalente moderno del 6502, il 65C02. 65C02 è un moderno sostituto del 6502 ed è realizzato da Western Design Center (la società successore di MOS Technology), con sede a Mesa, AZ.
Il 65C02 utilizza un design più moderno, utilizza meno di 1/10 della potenza dei 6502 originali e può funzionare a velocità variabile fino a 14 MHz. Il pin 37 è un pin di ingresso del clock in modo che la CPU possa essere pilotata da un oscillatore esterno, in questo caso il cristallo da 1 MHz.
La nuova CPU W65C02S6TPG-14 di WDC, che può funzionare fino a 14 MHz e consuma meno energia.
Se non utilizzi un 65C02, dovrai procurarti un 6502 usato funzionante o uno New Old Stock dai venditori online. Possono essere trovati su eBay, a volte su Amazon, su AliExpress o su una miriade di altri venditori all’estero.
Anche se la tecnologia MOS ha prodotto il 6502 originale, sono stati successivamente concessi in licenza a Motorola, quindi potresti vedere i modelli 6502 di entrambe le società. Il 6502 è stato successivamente concesso in licenza a Rockwell International e UMC.
Puoi ancora trovare NOS Rockwell e UMC 6502 che hanno decenni ma non sono mai stati usati.
A NOS UMC 6502, codice data”9028T”-2a settimana dell’8 mese del 1990.
Di solito, i chip hanno un codice datario con la settimana, il mese e l’anno in cui sono stati prodotti. L’anno è in genere elencato per primo nel codice della data, ma non sempre.
Nella foto in basso, il codice del timbro della data 6502 è”0988″-che indica settembre 1988.
CPU 6502 e chip Motorola MC6821P PIA. Potrebbe funzionare anche un MC6822P.
Nella maggior parte dei casi, in genere è meglio procurarsi i chip più recenti possibili poiché alcuni dei primi cicli di produzione potrebbero aver avuto problemi e, nella maggior parte dei casi, i materiali dei chip si degradano nel tempo. Quindi un chip prodotto nel 1992 sarebbe generalmente migliore di uno prodotto nel 1979.
Di solito, i Motorola 6502 originali hanno il logo Motorola”M”su di essi, ma non sempre. Alcuni chip finiscono come rifiuti elettronici in Cina o in India e vengono estratti dalle schede, ricondizionati e riaffiorati, di solito con una stampa generica su di essi, come quella mostrata sopra.
Tieni presente che alcuni chip provenienti dalla Cina sono falsi e, sebbene possano funzionare, potrebbero non essere affidabili o funzionare a lungo.
Avrai anche bisogno di alcune prese IC, intestazioni dei ponticelli, ponticelli in plastica in stile scheda madre per PC, vari resistori e condensatori ceramici-principalmente, ma non tutti, 104 o 0,1uF.
Per un elenco completo della distinta base (BOM) del progetto, vedere la pagina GitHub di Tebi.
Prese di saldatura e parti di base
Per prima cosa vorrai saldare tutti i resistori, i condensatori ceramici, l’unico condensatore elettrolitico, un piccolo momentaneo interruttore a pulsante e le intestazioni dei ponticelli. Prenditi il tuo tempo e verifica tutti i giunti di saldatura.
Esistono due tipi di prese IC: un tipo (il tipo più economico) ha connessioni piatte a forma di foglia e un rivestimento in plastica che si appoggia piatto contro il PCB.
Sebbene siano meno costosi, sono anche meno affidabili: le piccole lamelle di metallo che contengono i pin IC possono dislocarsi ed è impossibile vedere sotto l’alloggiamento di plastica poiché è a filo.
L’altro tipo di presa utilizza perni rialzati arrotondati, con fori rotondi sulla parte superiore, ed è spesso placcato in oro per prevenire la corrosione, anche decenni nel futuro. Il secondo tipo di presa costa un po’di più ma ne vale la pena.
Consentono inoltre di ispezionare il lato superiore dei giunti di saldatura su un PCB per assicurarsi che non vi siano ponti indesiderati tra i fori (noti come vie).
Si noti che le prese e i circuiti integrati di solito hanno una tacca a forma di semicerchio su un’estremità. Di solito, i PCB hanno anche marcature con una tacca a semicerchio. Saldare le prese in modo che le tacche corrispondano ai contrassegni PCB.
Le tacche assicurano che i circuiti integrati vengano inseriti nel modo corretto in corrispondenza delle prese. In questo modo si evitano patatine fritte a causa dell’inserimento all’indietro.
Dovrai anche saldare il minuscolo interruttore di ripristino o le intestazioni per un interruttore esterno, l’alimentazione e il LED di alimentazione nell’angolo in alto a destra della scheda.
La lunga intestazione del pin lungo la parte inferiore della scheda ha una varietà di connessioni, inclusa l’alimentazione e altre funzionalità. Vedere la pagina e la documentazione di GitHub per un pinout completo di tutti i pin del ponticello lungo.
Una build iniziale con tutti i piccoli componenti installati ha questo aspetto:
Assemblaggio iniziale di piccole parti dell’RC6502: tutto tranne i circuiti integrati, il cristallo e Arduino.
Installazione dei chip
Successivamente, saldare in due file di intestazioni di presa pin per Arduino Nano nell’angolo in alto a destra della scheda e installare tutti i chip nelle loro prese tranne il chip Atmel EPROM.
EPROM significa memoria di sola lettura programmabile cancellabile. Dovrai utilizzare un dispositivo di programmazione USB su un PC per eseguire il flashing del chip EPROM.
Una volta eseguito il flash, inserire il chip Atmel nel suo socket. Inoltre, saldare il cristallo da 1 Mhz nell’angolo in alto a sinistra della scheda.
Fai molta attenzione quando inserisci i circuiti integrati nei loro zoccoli per assicurarti che nessun pin si pieghi o manchi i fori dello zoccolo.
Successivamente, aggiungi piccoli ponticelli di plastica ai piedini del ponticello come descritto nella documentazione. Ci sono ponticelli per quantità di RAM, abilitazione PIA, abilitazione ROM e altri. Ogni impostazione del ponticello modifica il comportamento della scheda.
Backplane e video opzionale
Una versione precedente dell’RC6502 Apple utilizzava una scheda backplane, che è ancora possibile costruire, e diverse schede figlie che il ponticelli abilitati o disabilitati. Ma la versione più recente della scheda è un design Single Board Computer (SBC) che è autonomo.
Se desideri utilizzare la scheda backplane, dovrai utilizzare un’intestazione angolata sull’SBC per il connettore dell’intestazione lunga in modo che la scheda possa essere inserita verticalmente nel backplane.
Se desideri utilizzare un vero display video con la scheda, dovrai aggiungere due piccole schede aggiuntive (chiamate Video Display Unit) e la scheda backplane. In caso contrario, ti collegherai alla scheda SBC tramite una connessione seriale tramite Arduino.
Consulta il documento Bus.md su la pagina GitHub per una descrizione completa del bus di sistema e della piedinatura.
Alimentazione
Se desideri alimentare la scheda utilizzando la connessione USB di Arduino e non stai utilizzando il backplane, aggiungi un ponticello ai due-pin header proprio accanto al LED di alimentazione contrassegnato con”USB Power”.
In caso contrario, il backplane fornisce alimentazione dal suo jack di alimentazione CC sui pin 17 e 18 dell’intestazione lunga sull’SBC. Per la connessione USB Arduino, potresti voler ottenere un cavo USB con un interruttore di alimentazione su di esso in modo da poter accendere e spegnere l’alimentazione.
Una volta che tutto è pronto, collega il cavo USB di Arduino, collegalo al tuo Mac e aziona l’interruttore di alimentazione.
Connessione Arduino
Una volta acceso, dovrai avviare l’app IDE Arduino sul tuo Mac o PC e in Strumenti-> Schede->Schede Arduino AVR seleziona Arduino Nano. Una volta selezionata, potrebbe anche essere necessario impostare la porta seriale in Strumenti->Porta se non viene selezionata automaticamente.
Una volta connesso all’IDE di Arduino, carica il programma di sketch PIA Communicator su Arduino utilizzando l’IDE come indicato nella documentazione. Ciò consente al monitor seriale dell’IDE di comunicare con l’Apple I e visualizzare il suo output in una finestra sul tuo Mac.
Se hai problemi di connessione, controlla la velocità di trasmissione, la velocità con cui i dati vengono trasferiti attraverso la connessione seriale. Dovrebbe essere impostato su 115200.
Se tutto funziona come previsto, nel monitor seriale nell’IDE di Arduino dovresti vedere un singolo punto esclamativo:”!”. È ora possibile digitare qualsiasi indirizzo esadecimale per visualizzarne il contenuto.
PIA Communicator consente inoltre di caricare sia i programmi 6502 assembly che BASIC su Apple I ed eseguirli. Una volta caricato il BASIC sull’Apple I, puoi digitare i programmi BASIC direttamente nell’Apple I tramite la connessione seriale ed eseguirli.
BASIC cambia il prompt della riga di comando per visualizzare un”>”invece del”!”nella finestra seriale.
App integrate
Tre app sono integrate nella ROM Apple I. Questi sono elencati sul retro del PCB RC6502 sotto la CPU, insieme agli indirizzi di memoria ROM in esadecimale necessari per accedervi. Questi sono:
Integer BASIC (E000) Krusader Assembler (F000) Woz Monitor (FF00)
Per eseguire uno qualsiasi dei tre programmi, al punto”!”prompt digitare l’indirizzo esadecimale, seguito da uno spazio, quindi una”R”maiuscola, quindi premere Invio. Ad esempio, per caricare Integer BASIC su Apple I dalla finestra seriale di Arduino sul tuo Mac digita:
e premi Invio.
Dovresti vedere il prompt della finestra seriale cambiare in:”>”.
Ora sei in BASIC e puoi digitare programmi BASIC. Una volta inserito un programma BASIC, digita esegui e premi Invio per eseguirlo.
Il mondo del computer retrò si sta espandendo e l’RC6502 è un modo rapido ed economico per iniziare con un Apple I build.
Assicurati anche di dare un’occhiata al notevole book Apple I Replica Creation: Back to the Garage ($6 PDF)-che contiene un’introduzione dello stesso Steve Wozniak.
