Cómo construir una computadora réplica de Apple I

Mar 31, 2023

La informática retro le permite familiarizarse con la historia de la tecnología, mostrando hasta dónde han llegado las computadoras modernas. Te mostramos cómo construir tu propia réplica funcional de Apple I.

Las computadoras han recorrido un largo camino desde que Apple comenzó en 1976. En aquellos días, cuando Steve Jobs y Steve Wozniak armaron por primera vez los kits de computadora Apple I originales, todo se obtenía y ensamblaba a mano.

Apple era una pequeña empresa con sede en el garaje de los padres de Steve Jobs, y Apple vendía equipos informáticos fuera del garaje.

Los kits de Apple I consistían en una placa base enorme, varias docenas de chips lógicos, condensadores de gran potencia, diodos, resistencias, un chip ROM y una CPU 6502 diseñada por MOS Technology y con licencia de Motorola.

El 6502 era una CPU común en la década de 1980, que se usaba en computadoras Apple, Atari y Commodore. Fue la primera CPU de microcomputadora verdaderamente de bajo costo y fue el elemento clave que permitió que ocurriera la revolución de la computadora personal.

Para el Apple I, también se dejó como ejercicio para el usuario construir una fuente de alimentación casera y obtener un teclado de una empresa llamada Datanetics, que luego fabricó el teclado Apple II.

Puede ver una foto de 1979 de Jobs con un Apple II en el sitio web del Computer History Museum.

El Apple I se vendió en forma de kit; no se vendieron unidades completamente ensambladas.

La máquina se lanzó por primera vez el 11 de abril de 1976, solo diez días después de que se fundara Apple en el día de los inocentes del mismo año. Como broma, Steve y Steve decidieron fijar el precio de la máquina en $666,66 dólares estadounidenses.

Las ventas del Apple I fueron pequeñas, principalmente debido a sus capacidades extremadamente limitadas. También había disponibles kits mucho más avanzados de otras compañías, como Sinclair del Reino Unido, cuyas máquinas ofrecían video, gráficos, un teclado, un puerto de casete y, más tarde, color.

La computadora Apple I original de Steve Wozniak, construida en el garaje de la familia Jobs y alojada en una caja de madera, estuvo originalmente en exhibición en el propio museo interno de Apple en R+D Six en 1 Infinite Loop, en Cupertino, CA, pero ahora se encuentra en el Museo Smithsonian en Washington, DC.

La computadora de seguimiento, la Apple II, se envió dos años después en una caja completamente ensamblada, completa con fuente de alimentación interna y teclado. Incluía un modo de gráficos y BASIC compatible, que tenía que cargarse desde un disquete o una tarjeta complementaria basada en ROM.

Un segundo modelo, el Apple II +, un año después, admitía BASIC incorporado y arrancaba desde un disquete externo.

Apple II fue el primer producto estrella de Apple, y cuando Dan Bricklin y Bob Frankston escribieron la primera aplicación estrella de Apple II, VisiCalc, un año después, Apple se convirtió de la noche a la mañana en la primera compañía de computadoras personales multimillonaria de Silicon Valley.

Las computadoras Apple II volaron de los estantes cuando los contadores y otros empresarios usaron VisiCalc para administrar sus negocios y automatizar la contabilidad y los pronósticos.

El Apple I estaba severamente limitado, principalmente porque la memoria RAM era extremadamente costosa en ese momento y la máquina admitía 4K u 8K de RAM ampliable a 32K. El Apple I era solo de texto y carecía de un modo gráfico, color y sprites para la creación de juegos.

La máquina no tenía sistema operativo: BASIC se podía cargar desde un casete compacto opcional, un formato de audio popular de la década de 1970, siempre que el usuario también construyera la tarjeta de interfaz de expansión de casete opcional que se ajustaba al puerto de expansión único de la máquina.

Sin BASIC, si el usuario quería programar el Apple I tenía que usar el lenguaje ensamblador del Motorola 6502 y el monitor incorporado en la máquina, WozMon.

En el mundo actual, las placas de circuito impreso (PCB) se pueden diseñar en horas o días en el software, el archivo se guarda y se carga a través de Internet a las casas de producción de PCB de todo el mundo. El comprador puede tener tableros en su puerta dentro de una semana, casi sin costo alguno.

Combine esto con los avances modernos en procesadores y microcontroladores como FPGA, EPROMS flash y dispositivos IoT como Arduino, y tendrá todos los ingredientes para una nueva revolución informática retro.

Varios empresarios emprendedores han recreado el PCB Apple I original y ahora los venden en línea, incluso en eBay y Etsy. Puede comprar una de estas placas y repoblarlas usted mismo con piezas, construyendo una nueva réplica exacta y funcional del Apple I original.

También deberá encontrar un chip Apple I ROM original que funcione y construir su propia fuente de alimentación personalizada para la placa o encontrar uno preconstruido en línea. La documentación original de Apple I también se puede encontrar en línea, pero tenga en cuenta que el documento sigue siendo material con derechos de autor propiedad de Apple, Inc.

Si no estás preparado para la tarea de comprar y ensamblar todo lo necesario para hacer un nuevo Apple I original, hay una mejor manera. Tebi de Noruega ha creado un nuevo y diminuto PCB llamado RC6502 que utiliza la ROM Apple I original, un solo chip SRAM, una CPU 6502 que funciona a 1 MHz y un solo chip 6821P PIA, también fabricado originalmente por Motorola.

La placa también requiere un solo Arduino Nano, en el que debe cargar un programa, así como algunos otros componentes pequeños. También puede hacer una placa de circuito impreso posterior opcional para agregar otras características, incluida una unidad de visualización de video.

El RC6502 es de código abierto, y puede descargar los archivos Gerber y pedir los suyos en línea, o pedir una placa a los vendedores en eBay, Amazon, Etsy y muchos otros puntos de venta en línea. Un archivo Gerber es un esquema generado por computadora de un circuito electrónico que se utiliza para producir una PCB.

La gran ventaja de la RC6502 es su tamaño y su bajo número de componentes, ya que el costo total para construir la placa es inferior a $50.

Echemos un vistazo a la PCB desnuda:

En la esquina superior izquierda, hay 3 componentes: un chip de oscilador de cristal de 1 MHz, un chip de temporizador 555 común y un chip de interfaz periférica serial (SPI) MCP23S17-E/SP. El último, fabricado por Microchip Technology Inc. de Chandler, AZ, ayuda a la placa a comunicarse con un Arduino Nano.

El MCP23S17-E/SP puede ser un poco costoso y difícil de encontrar debido a los problemas de la cadena de suministro causados ​​por la pandemia de COVID, pero poco a poco se vuelven más disponibles.

DigiKey parece tener un gran stock ahora, o pruebe con AliExpress. Encontramos el nuestro en AliExpress, pero costó $ 7, incluido el envío durante la escasez.

En la esquina superior derecha de la placa hay un espacio para los encabezados Arduino Nano, que debe soldar para poder conectar un Arduino en ellos.

Debajo hay 3 chips lógicos comunes: 74HCT138N, 74HCT04N y 74HCT00N. Estas son puertas lógicas, multiplexores e inversores y todos cuestan alrededor de unos pocos dólares cada uno.

Debajo de los tres chips lógicos hay un solo chip SRAM (HM62256BLP-7 fabricado por Hitachi o equivalente) y una sola EPROM flasheable, en este caso una Atmel AT28C64-15PC). También necesitará un dispositivo programador USB para flashear el chip Atmel.

El "-7" al final del HM62256BLP-7 indica la velocidad de la RAM; en este caso, 70 ns, pero es posible que pueda hacer que funcionen chips un poco más lentos, posiblemente tan lentos como 100 ns (o "-10" al final). del nombre del modelo de chip). En la mayoría de los casos, si la velocidad es cercana, la RAM se puede ralentizar para que coincida con la velocidad de la placa.

A la izquierda de la RAM y la EPROM hay una CPU Motorola 6502, que funciona a 1 MHz, aunque es posible que también pueda hacer funcionar el equivalente moderno del 6502, el 65C02. 65C02 es un reemplazo moderno para el 6502 y está fabricado por Western Design Center (la compañía sucesora de MOS Technology), ubicada en Mesa, AZ.

El 65C02 utiliza un diseño más moderno, utiliza menos de 1/10 de la potencia del 6502 original y puede funcionar a una velocidad variable de hasta 14 MHz. El pin 37 es un pin de entrada de reloj, por lo que la CPU puede ser impulsada por un oscilador externo, en este caso, el cristal de 1 MHz.

Si no usa un 65C02, deberá obtener un 6502 usado que funcione, o uno nuevo antiguo de vendedores en línea. Se pueden encontrar en eBay, a veces en Amazon, en AliExpress o en una gran cantidad de otros vendedores en el extranjero.

Si bien MOS Technology fabricó el 6502 original, posteriormente obtuvo la licencia de Motorola, por lo que es posible que vea modelos 6502 de ambas compañías. Posteriormente, el 6502 también obtuvo la licencia de Rockwell International y UMC.

Todavía puede encontrar NOS Rockwell y UMC 6502 que tienen décadas de antigüedad pero nunca se han utilizado.

Por lo general, los chips tienen un código de sello de fecha con la semana, el mes y el año en que se fabricaron. El año suele aparecer primero en el código de fecha, pero no siempre.

En la foto de abajo, el código del sello de fecha 6502 es "0988", que indica septiembre de 1988.

En la mayoría de los casos, generalmente es mejor obtener los chips más nuevos posibles, ya que algunas series de producción iniciales pueden haber tenido problemas y, en la mayoría de los casos, los materiales de los chips se degradan con el tiempo. Entonces, un chip fabricado en 1992 sería generalmente mejor que uno fabricado en 1979.

Por lo general, los Motorola 6502 genuinos tienen el logotipo "M" de Motorola, pero no siempre. Algunos chips terminan como desechos electrónicos en China o India y se extraen de los tableros, se restauran y se revisten, generalmente con una impresión genérica, como la que se muestra arriba.

Tenga en cuenta que algunos chips de China son falsos y, si bien pueden funcionar, es posible que no sean confiables o que funcionen por mucho tiempo.

También necesitará algunos zócalos IC, encabezados de puente, puentes de plástico estilo placa base de PC, varias resistencias y condensadores cerámicos, en su mayoría, pero no todos, 104 o 0.1uF.

Para obtener una lista completa de la lista de materiales (BOM) del proyecto, consulte la página de GitHub de Tebi.

Primero, querrá soldar todas las resistencias, los condensadores cerámicos, el condensador electrolítico, un pequeño interruptor de botón momentáneo y los cabezales de puente. Tómese su tiempo y verifique todas las juntas de soldadura.

Hay dos tipos de zócalos IC: un tipo (el tipo más económico) tiene conexiones planas en forma de hoja y un marco de plástico que se asienta plano contra la PCB.

Si bien son menos costosos, también son menos confiables: las pequeñas hojas de metal que sostienen los pines del IC pueden dislocarse y es imposible ver debajo de la carcasa de plástico, ya que se asienta al ras.

El otro tipo de zócalo utiliza clavijas redondeadas en relieve, con orificios redondos en la parte superior y, a menudo, está chapado en oro para evitar la corrosión, incluso décadas en el futuro. El segundo tipo de enchufe cuesta un poco más pero vale la pena.

También le permiten inspeccionar la parte superior de las juntas de soldadura en una PCB para asegurarse de que no haya puentes no deseados entre los orificios (conocidos como vías).

Tenga en cuenta que los zócalos y los circuitos integrados suelen tener una muesca en forma de semicírculo en un extremo. Por lo general, los PCB también tienen marcas con una muesca semicircular. Suelde los enchufes para que las muescas coincidan con las marcas de la placa de circuito impreso.

Las muescas aseguran que los circuitos integrados se inserten de la manera correcta coincidiendo con los enchufes. Esto evita las papas fritas debido a la inserción hacia atrás.

También deberá soldar el pequeño interruptor de reinicio o los encabezados para un interruptor externo, alimentación y LED de alimentación en la esquina superior derecha de la placa.

El cabezal de pin largo a lo largo de la parte inferior de la placa tiene una variedad de conexiones, incluida la alimentación y otras características. Consulte la página y la documentación de GitHub para obtener un pinout completo de todos los pines de puente largo.

Una compilación inicial con todos los componentes pequeños instalados se ve así:

A continuación, suelde dos filas de cabezales de clavijas para el Arduino Nano en la esquina superior derecha de la placa e instale todos los chips en sus zócalos excepto el chip Atmel EPROM.

EPROM significa memoria de solo lectura programable borrable. Necesitará usar un dispositivo programador USB en una PC para flashear el chip EPROM.

Una vez flasheado, inserte el chip Atmel en su zócalo. Además, suelde el cristal de 1Mhz en la esquina superior izquierda de la placa.

Tenga mucho cuidado al insertar circuitos integrados en sus zócalos para asegurarse de que no se doblen los pines ni se pierdan los orificios del zócalo.

A continuación, agregue pequeños puentes de plástico a los pines de los puentes como se describe en la documentación. Hay puentes para la cantidad de RAM, habilitación de PIA, habilitación de ROM y otros. Cada ajuste de puente modifica el comportamiento de la placa.

Una versión anterior del RC6502 Apple I usó una placa de plano posterior, que aún puede construir, y varias tarjetas secundarias que los puentes habilitaron o deshabilitaron. Pero la versión más nueva de la placa es un diseño de computadora de placa única (SBC) que es autónomo.

Si desea utilizar la placa de plano posterior, deberá utilizar un cabezal en ángulo en el SBC para el conector de cabezal largo, de modo que la placa se pueda enchufar verticalmente en el plano posterior.

Si desea utilizar una pantalla de video real con la placa, deberá agregar dos placas pequeñas adicionales (llamadas unidades de visualización de video) y la placa de plano posterior. De lo contrario, se conectará a la placa SBC a través de una conexión en serie a través de Arduino.

Consulte el documento Bus.md en la página de GitHub para obtener una descripción completa del bus y pinout del sistema.

Si desea alimentar la placa con la conexión USB de Arduino y no está utilizando la placa posterior, agregue un puente al encabezado de dos pines justo al lado del LED de alimentación marcado como "Alimentación USB".

De lo contrario, el backplane suministra energía desde su conector de alimentación de CC en los pines 17 y 18 del encabezado largo en el SBC. Para la conexión USB de Arduino, es posible que desee obtener un cable USB con un interruptor de encendido para que pueda encender y apagar.

Una vez que todo esté listo, conecte el cable USB Arduino, conéctelo a su Mac y presione el interruptor de encendido.

Una vez encendido, deberá iniciar la aplicación Arduino IDE en su Mac o PC y bajoHerramientas->Placas->Placas Arduino AVRseleccionararduino nano . Una vez seleccionado, es posible que también deba configurar el puerto serie enHerramientas->Puertosi no selecciona automáticamente.

Una vez conectado en el IDE de Arduino, cargue el programa de bocetos PIA Communicator en Arduino usando el IDE como se menciona en la documentación. Esto permite que el monitor serie del IDE se comunique con el Apple I y muestre su salida en una ventana de su Mac.

Si tiene problemas para conectarse, verifique la velocidad en baudios: la velocidad a la que se transfieren los datos a través de la conexión en serie. Debe establecerse en 115200.

Si todo funciona según lo previsto, en el monitor serie del IDE de Arduino debería ver un único signo de exclamación: "!". Ahora puede escribir cualquier dirección hexadecimal para mostrar su contenido.

PIA Communicator también le permite cargar los programas BÁSICO y de ensamblaje del 6502 en el Apple I y ejecutarlos. Una vez que haya cargado BASIC en el Apple I, puede escribir programas BASIC directamente en el Apple I a través de la conexión en serie y ejecutarlos.

BASIC cambia la línea de comandos para mostrar un ">" en lugar de "!" en la ventana de serie.

Tres aplicaciones están integradas en la ROM de Apple I. Estos se enumeran en la parte posterior de la PCB RC6502 debajo de la CPU, junto con las direcciones de memoria ROM en hexadecimal que necesita para acceder a ellos. Estos son:

Para ejecutar cualquiera de los tres programas, en el "!" escriba la dirección hexadecimal, seguida de un espacio, luego una "R" mayúscula, luego presioneDevolver . Por ejemplo, para cargar Integer BASIC en Apple I desde la ventana serial de Arduino en su Mac, escriba:

E000R

y presionaDevolver.

Debería ver que el aviso de la ventana serial cambia a: ">".

Ahora está en BASIC y puede escribir programas BASIC. Una vez que se ingresa un programa BÁSICO, escribacorrery presionaDevolverpara ejecutarlo

El mundo de la informática retro se está expandiendo y el RC6502 es una forma rápida y económica de comenzar con un Apple I build.

También asegúrese de consultar el extraordinario libro de Tom Owad Apple I Replica Creation: Back to the Garage ($6 PDF), que contiene una introducción del propio Steve Wozniak.

Chip es un veterano de la industria de Apple de 30 años, es autor de 18 productos de software comerciales de Mac y es un ex empleado de Apple y Sony.