So bauen Sie einen Apple I-Replika-Computer

Mar 31, 2023

Retro Computing ermöglicht es Ihnen, sich mit der Geschichte der Technologie auseinanderzusetzen und zu zeigen, wie weit moderne Computer gekommen sind. So erstellen Sie Ihr eigenes funktionierendes Apple I-Replikat.

Computer haben seit der Gründung von Apple im Jahr 1976 einen langen Weg zurückgelegt. Damals, als Steve Jobs und Steve Wozniak zum ersten Mal die ursprünglichen Apple-I-Computerbausätze zusammenstellten, wurde alles von Hand beschafft und zusammengebaut.

Apple war ein kleines Unternehmen mit Sitz in der Garage von Steve Jobs‘ Eltern, und Apple verkaufte Kit-Computer aus der Garage heraus.

Apple I-Kits bestanden aus einem riesigen Motherboard, mehreren Dutzend Logikchips, großen Leistungskondensatoren, Dioden, Widerständen, einem ROM-Chip und einer 6502-CPU, die von MOS Technology entwickelt und an Motorola lizenziert wurde.

Der 6502 war in den 1980er Jahren eine gängige CPU, die in Apple-, Atari- und Commodore-Computern verwendet wurde. Es war die erste wirklich kostengünstige Mikrocomputer-CPU und das Schlüsselelement, das die Personalcomputer-Revolution ermöglichte.

Für den Apple I wurde es dem Benutzer auch als Übung überlassen, ein selbstgebautes Netzteil zu bauen und eine Tastatur von einer Firma namens Datanetics zu besorgen, die später die Apple II-Tastatur herstellte.

Auf der Website des Computer History Museum können Sie ein Foto von Jobs mit einem Apple II aus dem Jahr 1979 sehen.

Der Apple I wurde als Bausatz verkauft – es wurden keine komplett zusammengebauten Einheiten verkauft.

Die Maschine wurde erstmals am 11. April 1976 veröffentlicht – nur zehn Tage nach der Gründung von Apple am Aprilscherz desselben Jahres. Aus Spaß beschlossen Steve und Steve, den Preis der Maschine auf 666,66 US-Dollar festzulegen.

Die Verkaufszahlen des Apple I waren gering, was hauptsächlich auf seine extrem begrenzten Fähigkeiten zurückzuführen war. Es gab auch viel fortschrittlichere Kits von anderen Unternehmen, wie zum Beispiel Sinclair aus Großbritannien, deren Geräte integrierte Video- und Grafikfunktionen, eine Tastatur, einen Kassettenanschluss und später auch Farbe boten.

Steve Wozniaks ursprünglicher Apple I-Computer, der in der Garage der Familie Jobs gebaut und in einer Holzkiste untergebracht war, war ursprünglich in Apples eigenem internen Museum im R+D Six on 1 Infinite Loop in Cupertino, Kalifornien, ausgestellt, steht aber jetzt in der Smithsonian Museum in Washington, D.C.

Der Nachfolgecomputer, der Apple II, wurde zwei Jahre später in einem komplett zusammengebauten Gehäuse, komplett mit internem Netzteil und Tastatur, ausgeliefert. Es enthielt einen Grafikmodus und unterstützte BASIC, das von einer Diskette oder einer ROM-basierten Zusatzkarte geladen werden musste.

Ein zweites Modell, der Apple II+, unterstützte ein Jahr später integriertes BASIC und das Booten von einer externen Diskette.

Der Apple II war Apples erstes Killerprodukt, und als ein Jahr später die erste Killer-App des Apple II, VisiCalc, von Dan Bricklin und Bob Frankston geschrieben wurde, wurde Apple über Nacht zum ersten milliardenschweren PC-Unternehmen im Silicon Valley.

Apple-II-Computer flogen aus den Regalen, als Buchhalter und andere Geschäftsleute VisiCalc zur Verwaltung ihrer Geschäfte und zur Automatisierung von Buchhaltung und Prognosen nutzten.

Der Apple I war stark eingeschränkt, vor allem weil RAM zu dieser Zeit extrem teuer war und das Gerät 4K oder 8K RAM unterstützte, erweiterbar auf 32K. Beim Apple I gab es nur Text und es fehlten ein Grafikmodus, Farben und Sprites für die Spieleerstellung.

Das Gerät hatte kein Betriebssystem – BASIC konnte von einer optionalen Compact Cassette geladen werden, einem beliebten Audioformat der 1970er Jahre, vorausgesetzt, der Benutzer baute auch die optionale Kassetten-Erweiterungsschnittstellenkarte ein, die in den einzelnen Erweiterungsanschluss des Geräts passte.

Ohne BASIC musste der Benutzer, wenn er den Apple I programmieren wollte, die Assemblersprache Motorola 6502 und den integrierten Monitor der Maschine, WozMon, verwenden.

Heutzutage können Leiterplatten (PCBs) innerhalb von Stunden oder Tagen in Software entworfen, die Datei gespeichert und über das Internet an Leiterplattenproduktionsfirmen auf der ganzen Welt hochgeladen werden. Innerhalb einer Woche stehen dem Käufer die Boards vor der Tür – und das nahezu kostenlos.

Kombinieren Sie dies mit modernen Fortschritten bei Prozessoren und Mikrocontrollern wie FPGAs, Flash-EPROMS und IoT-Geräten wie Arduino, und Sie haben alle Voraussetzungen für eine neue Retro-Computing-Revolution.

Mehrere unternehmungslustige Unternehmer haben die ursprüngliche Apple-I-Leiterplatte nachgebaut und verkaufen sie jetzt online, unter anderem auf eBay und Etsy. Sie können eine dieser Platinen kaufen und sie selbst mit Teilen bestücken und so eine brandneue, funktionierende, exakte Nachbildung des ursprünglichen Apple I bauen.

Sie müssen auch einen originalen, funktionierenden Apple I ROM-Chip finden und Ihr eigenes Netzteil für die Platine bauen oder online ein vorgefertigtes Netzteil finden. Die Originaldokumentation des Apple I kann auch online gefunden werden. Beachten Sie jedoch, dass es sich bei dem Dokument weiterhin um urheberrechtlich geschütztes Material im Besitz von Apple, Inc. handelt.

Wenn Sie der Aufgabe nicht gewachsen sind, alles zu kaufen und zusammenzubauen, was für die Herstellung eines neuen Original-Apple I erforderlich ist, gibt es einen besseren Weg. Tebi aus Norwegen hat eine winzige neue Platine namens RC6502 entwickelt, die das ursprüngliche Apple I ROM, einen einzelnen SRAM-Chip, eine 6502-CPU mit 1 MHz und einen einzelnen 6821P PIA-Chip verwendet, der ebenfalls ursprünglich von Motorola hergestellt wurde.

Das Board benötigt außerdem einen einzelnen Arduino Nano, in den Sie ein Programm laden müssen, sowie einige andere kleine Komponenten. Sie können auch eine optionale Rückwandplatine erstellen, um weitere Funktionen hinzuzufügen, einschließlich einer Videoanzeigeeinheit.

Der RC6502 ist Open Source und Sie können die Gerber-Dateien herunterladen und Ihre eigenen online bestellen oder ein Board bei Verkäufern auf eBay, Amazon, Etsy und vielen anderen Online-Verkaufsstellen bestellen. Eine Gerber-Datei ist ein computergenerierter Schaltplan einer elektronischen Schaltung, die zur Herstellung einer Leiterplatte verwendet wird.

Der große Vorteil des RC6502 ist seine Größe und die geringe Anzahl an Komponenten, da die Gesamtkosten für den Bau der Platine unter 50 US-Dollar liegen.

Werfen wir einen Blick auf die blanke Platine:

In der oberen linken Ecke befinden sich drei Komponenten: ein 1-MHz-Quarzoszillatorchip, ein gemeinsamer 555-Timer-Chip und ein MCP23S17-E/SP Serial Peripheral Interface (SPI)-Chip. Der letzte, hergestellt von Microchip Technology Inc. aus Chandler, AZ, hilft der Platine bei der Kommunikation mit einem Arduino Nano.

Der MCP23S17-E/SP kann aufgrund von Lieferkettenproblemen aufgrund der COVID-Pandemie etwas teuer und schwer zu finden sein, aber er wird langsam verfügbarer.

DigiKey scheint jetzt einen riesigen Vorrat zu haben, oder versuchen Sie es mit AliExpress. Wir haben unseres auf AliExpress gefunden, aber während der Knappheit kostete es 7 US-Dollar inklusive Versand.

In der oberen rechten Ecke der Platine befindet sich ein Platz für Arduino-Nano-Stiftleisten, die Sie einlöten müssen, damit Sie einen Arduino daran anschließen können.

Darunter befinden sich drei gängige Logikchips: 74HCT138N, 74HCT04N und 74HCT00N. Dabei handelt es sich um Logikgatter, Multiplexer und Wechselrichter, die jeweils etwa ein paar Dollar kosten.

Unter den drei Logikchips befinden sich ein einzelner SRAM-Chip (HM62256BLP-7 von Hitachi oder ein Äquivalent) und ein einzelnes flashbares EPROM, in diesem Fall ein Atmel AT28C64-15PC. Sie benötigen außerdem ein USB-Programmiergerät, um den Atmel-Chip zu flashen.

Das „-7“ am Ende des HM62256BLP-7 gibt die RAM-Geschwindigkeit an – in diesem Fall 70 ns, aber Sie können möglicherweise etwas langsamere Chips zum Laufen bringen, möglicherweise bis zu 100 ns (oder „-10“ am Ende). des Chip-Modellnamens). In den meisten Fällen kann der RAM verlangsamt werden, um ihn an die Geschwindigkeit des Boards anzupassen, wenn die Geschwindigkeit nahe beieinander liegt.

Links neben RAM und EPROM befindet sich eine Motorola 6502-CPU mit 1 MHz, obwohl Sie möglicherweise auch das moderne Äquivalent des 6502, den 65C02, zum Laufen bringen können. 65C02 ist ein moderner Ersatz für den 6502 und wird vom Western Design Center (dem Nachfolgeunternehmen von MOS Technology) mit Sitz in Mesa, AZ, hergestellt.

Der 65C02 verfügt über ein moderneres Design, verbraucht weniger als ein Zehntel der Leistung des ursprünglichen 6502 und kann mit variabler Geschwindigkeit von bis zu 14 MHz betrieben werden. Pin 37 ist ein Takteingangspin, sodass die CPU von einem externen Oszillator angesteuert werden kann – in diesem Fall vom 1-MHz-Quarz.

Wenn Sie kein 65C02 verwenden, müssen Sie ein funktionierendes gebrauchtes 6502 oder ein neues altes Modell von Online-Verkäufern besorgen. Sie können sie bei eBay, manchmal auch bei Amazon, auf AliExpress oder einer Vielzahl anderer ausländischer Verkäufer finden.

Während MOS Technology das Original 6502 herstellte, wurden sie später an Motorola lizenziert, sodass Sie möglicherweise 6502-Modelle beider Unternehmen sehen können. Der 6502 wurde später auch an Rockwell International und UMC lizenziert.

Sie können immer noch NOS Rockwell und UMC 6502 finden, die Jahrzehnte alt sind, aber nie verwendet wurden.

Normalerweise sind Chips mit einem Datumsstempel mit der Woche, dem Monat und dem Jahr ihrer Herstellung versehen. Das Jahr wird im Datumscode normalerweise zuerst aufgeführt – jedoch nicht immer.

Auf dem Foto unten lautet der Datumsstempelcode 6502 „0988“ – was September 1988 anzeigt.

In den meisten Fällen ist es im Allgemeinen besser, die neuesten Chips zu kaufen, da es bei einigen frühen Produktionsläufen möglicherweise zu Problemen kam und in den meisten Fällen die Materialien der Chips mit der Zeit nachlassen. Ein Chip aus dem Jahr 1992 wäre also im Allgemeinen besser als einer aus dem Jahr 1979.

Normalerweise tragen echte Motorola 6502 das Motorola „M“-Logo, aber nicht immer. Einige Chips landen als Elektroschrott in China oder Indien und werden von den Platinen entfernt, aufgearbeitet und neu beschichtet, meist mit einem generischen Aufdruck, wie dem oben gezeigten.

Beachten Sie, dass einige Chips aus China gefälscht sind und zwar funktionieren, aber möglicherweise nicht zuverlässig sind oder lange funktionieren.

Sie benötigen außerdem einige IC-Sockel, Jumper-Header, Kunststoff-Jumper im PC-Motherboard-Stil, verschiedene Widerstände und Keramikkondensatoren – meistens, aber nicht alle 104 oder 0,1 uF.

Eine vollständige Liste der Stücklisten (BOM) für das Projekt finden Sie auf der GitHub-Seite von Tebi.

Zuerst müssen Sie alle Widerstände, Keramikkondensatoren, den einen Elektrolytkondensator, einen kleinen Druckknopfschalter und die Überbrückungsleisten einlöten. Nehmen Sie sich Zeit und überprüfen Sie alle Lötstellen.

Es gibt zwei Arten von IC-Sockeln: Eine Art (die billigere Art) hat flache, blattartige Anschlüsse und eine Kunststoffumrandung, die flach auf der Leiterplatte aufliegt.

Diese sind zwar kostengünstiger, aber auch weniger zuverlässig: Die kleinen Metallblätter, die die IC-Pins halten, können sich lösen, und es ist unmöglich, unter das Kunststoffgehäuse zu sehen, da es bündig sitzt.

Die andere Art von Steckdose verwendet abgerundete, erhabene Stifte mit runden Löchern an der Oberseite und ist häufig vergoldet, um Korrosion zu verhindern – auch über Jahrzehnte hinaus. Der zweite Steckdosentyp kostet etwas mehr, lohnt sich aber durchaus.

Sie ermöglichen Ihnen auch die Inspektion der Oberseite von Lötstellen auf einer Leiterplatte, um sicherzustellen, dass keine unerwünschten Brücken zwischen Löchern (sogenannte Vias) vorhanden sind.

Beachten Sie, dass Sockel und ICs normalerweise an einem Ende eine halbkreisförmige Kerbe haben. Normalerweise verfügen Leiterplatten auch über Markierungen mit einer halbkreisförmigen Kerbe. Löten Sie die Buchsen so ein, dass die Kerben mit den Leiterplattenmarkierungen übereinstimmen.

Die Kerben sorgen dafür, dass die ICs richtig in die Sockel eingesetzt werden. Dadurch wird verhindert, dass frittierte Chips durch rückseitiges Einführen entstehen.

Außerdem müssen Sie den winzigen Reset-Schalter oder die Anschlüsse für einen externen Schalter, die Stromversorgung und die Power-LED in der oberen rechten Ecke der Platine anlöten.

Die lange Stiftleiste an der Unterseite der Platine verfügt über eine Vielzahl von Anschlüssen, darunter Stromanschlüsse und andere Funktionen. Eine vollständige Pinbelegung aller langen Jumper-Pins finden Sie auf der GitHub-Seite und in der Dokumentation.

Ein erster Build mit allen installierten Kleinkomponenten sieht so aus:

Als nächstes löten Sie zwei Reihen Stiftsockelleisten für den Arduino Nano in der oberen rechten Ecke der Platine ein und installieren alle Chips in ihren Sockeln mit Ausnahme des Atmel-EPROM-Chips.

EPROM bedeutet Erasable Programmable Read Only Memory. Sie müssen ein USB-Programmiergerät an einem PC verwenden, um den EPROM-Chip zu flashen.

Nach dem Flashen stecken Sie den Atmel-Chip in seinen Sockel. Löten Sie außerdem den 1-MHz-Kristall in der oberen linken Ecke der Platine ein.

Seien Sie beim Einsetzen von ICs in ihre Sockel sehr vorsichtig, um sicherzustellen, dass keine Stifte verbogen werden oder die Sockellöcher verpassen.

Fügen Sie als Nächstes kleine Kunststoffbrücken zu den Brückenstiften hinzu, wie in der Dokumentation beschrieben. Es gibt Jumper für RAM-Größe, PIA-Aktivierung, ROM-Aktivierung und andere. Jede Jumper-Einstellung verändert das Verhalten der Platine.

Eine frühere Version des RC6502 von Apple verwendete eine Rückwandplatine, die man noch bauen kann, und mehrere Tochterkarten, deren Jumper aktiviert oder deaktiviert wurden. Bei der neueren Version des Boards handelt es sich jedoch um ein eigenständiges Single Board Computer (SBC)-Design.

Wenn Sie die Backplane-Platine verwenden möchten, müssen Sie für den langen Header-Anschluss einen abgewinkelten Header am SBC verwenden, damit die Platine vertikal in die Backplane gesteckt werden kann.

Wenn Sie mit der Platine ein echtes Videodisplay verwenden möchten, müssen Sie zwei kleine zusätzliche Platinen (Videoanzeigeeinheiten genannt) und die Rückwandplatine hinzufügen. Wenn nicht, stellen Sie über eine serielle Verbindung über den Arduino eine Verbindung zur SBC-Karte her.

Eine vollständige Beschreibung des Systembusses und der Pinbelegung finden Sie im Bus.md-Dokument auf der GitHub-Seite.

Wenn Sie das Board über den USB-Anschluss des Arduino mit Strom versorgen möchten und nicht die Rückwandplatine verwenden, fügen Sie einen Jumper zum zweipoligen Header direkt neben der Power-LED mit der Aufschrift „USB Power“ hinzu.

Wenn nicht, liefert die Rückwandplatine Strom über ihre Gleichstrombuchse an den Pins 17 und 18 des langen Headers am SBC. Für die Arduino-USB-Verbindung benötigen Sie möglicherweise ein USB-Kabel mit einem Netzschalter, damit Sie den Strom ein- und ausschalten können.

Sobald alles fertig ist, schließen Sie das Arduino-USB-Kabel an, schließen Sie es an Ihren Mac an und betätigen Sie den Netzschalter.

Nach dem Einschalten müssen Sie die Arduino IDE-App auf Ihrem Mac oder PC oder darunter startenTools->Boards->Arduino AVR BoardswählenArduino Nano . Nach der Auswahl müssen Sie unter Umständen auch den seriellen Port festlegenExtras->Portwenn es nicht automatisch ausgewählt wird.

Sobald Sie mit der Arduino-IDE verbunden sind, laden Sie das PIA Communicator-Skizzenprogramm über die IDE auf das Arduino hoch, wie in der Dokumentation beschrieben. Dadurch kann der serielle Monitor der IDE mit dem Apple I kommunizieren und seine Ausgabe in einem Fenster auf Ihrem Mac anzeigen.

Wenn Sie Verbindungsprobleme haben, überprüfen Sie die Baudrate – die Rate, mit der Daten über die serielle Verbindung übertragen werden. Es sollte auf 115200 eingestellt sein.

Wenn alles wie geplant funktioniert, sollten Sie im seriellen Monitor in der Arduino IDE ein einzelnes Ausrufezeichen sehen: „!“. Sie können jetzt eine beliebige hexadezimale Adresse eingeben, um deren Inhalt anzuzeigen.

Mit PIA Communicator können Sie außerdem sowohl 6502-Assembly- als auch BASIC-Programme auf den Apple I hochladen und ausführen. Sobald Sie BASIC auf den Apple I geladen haben, können Sie BASIC-Programme über die serielle Verbindung direkt in den Apple I eingeben und ausführen.

BASIC stellt die Eingabeaufforderung der Befehlszeile so um, dass ein „>“ anstelle des „!“ angezeigt wird. im Serienfenster.

Im Apple I ROM sind drei Apps integriert. Diese sind auf der Rückseite der RC6502-Platine unter der CPU aufgeführt, zusammen mit den ROM-Speicheradressen in Hexadezimalform, die Sie für den Zugriff benötigen. Diese sind:

Um eines der drei Programme auszuführen, klicken Sie auf „!“. Geben Sie in der Eingabeaufforderung die Hex-Adresse ein, gefolgt von einem Leerzeichen und einem großen „R“ und drücken Sie dannZurückkehren . Um beispielsweise Integer BASIC auf dem Apple I über das serielle Arduino-Fenster auf Ihrem Mac zu laden, geben Sie Folgendes ein:

E000 R

und drückeZurückkehren.

Die Eingabeaufforderung des seriellen Fensters sollte sich in „>“ ändern.

Sie befinden sich jetzt in BASIC und können BASIC-Programme eingeben. Sobald Sie ein BASIC-Programm eingegeben haben, geben Sie einlaufenund drückeZurückkehrenum es auszuführen.

Die Welt des Retro-Computers wächst und der RC6502 ist eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit, mit einem von mir gebauten Apple zu beginnen.

Schauen Sie sich auch unbedingt Tom Owads bemerkenswertes Buch Apple I Replica Creation: Back to the Garage (PDF für 6 US-Dollar) an, das eine Einführung von Steve Wozniak selbst enthält.

Chip ist seit 30 Jahren ein Veteran der Apple-Branche, Autor von 18 kommerziellen Mac-Softwareprodukten und ehemaliger Mitarbeiter von Apple und Sony.