如何组装Apple 1并为其编写游戏

如何组装Apple 1并为其编写游戏



自苹果计算机1发行以来已经过去40年了。今天，它的功能甚至无法达到简单的微处理器设备或微控制器。 但是在1976年，这种新颖性引起了轩然大波，甚至有人说计算机世界发生了一场革命。 我邀请读者与我一起收集Apple 1，以了解它的有趣之处并编写某种程序。

我必须立即说我没有一次收集它。 搜索组件，在空闲时间进行构建和调试，然后进行大约相同数量的调试，花了三年的时间，最后聚在一起撰写本文。

特点苹果1

类型：个人电脑
生产年限：1976年7月-1977年3月
处理器：MOS 6502
时钟频率：1MHz
内存：256字节ROM，4kB RAM，最大可扩展到8kB
视频：40x24个字符
制造：约200件

一点历史

Apple 1的创建者是Stephen Wozniak。 实际上，在创建之时，它还没有被称为Apple1。是的，Apple本身并不存在。

史蒂夫从小就喜欢设计电子设备。 他的第一台计算机是“奶油苏打”，无需使用中央处理器即可在集成电路上进行设计，并且能够执行简单的数学运算。 不幸的是，我找不到这台计算机的任何照片或任何描述，仅是史蒂夫本人在书中所描述的相当卑鄙的信息。 “奶油苏打”的命运也令人难过-它被烧毁了，没有试图恢复它的尝试。 后来，史蒂夫（Steve）在惠普（HP）从事计算器工作时，他的朋友艾伦鲍姆（Allen Baum）邀请了在加利福尼亚帕洛阿尔托举行的计算机俱乐部会议。 史蒂夫获悉，本次会议专门针对终端和视频技术。 那时，他已经创建了自己的终端，可以在ARPANET中工作，并且对终端技术有所了解，这就是他同意加入的原因。 史蒂夫是一个谦虚的人，如果他知道那是关于计算机的，他说他不会去那里。
在会议上，当与会人员正在讨论一些奇怪的微处理器和Altair 8800计算机时，他感到很自在。

会议结束后，给了他一张介绍i8080A微处理器的传单。 他决定在闲暇时研究它，意识到这正是他在他的第一台PC“奶油苏打”中所做的，以及如何使其变得更容易。 在同一天，他出生了未来的Apple 1的体系结构。但几个月后才进入组装，该阶段用于研究新微电路的规格并寻找组件。 事实是，在20世纪70年代，微处理器和存储器非常昂贵且稀缺。 MOS Technology公司发布了预算处理器6500，并很快推出了6500（类似于6500），但功能强大，仅售25美元，就解决了处理器的问题。 传奇人物6502首先落入史蒂夫之手。

那时的下一个问题是准备启动计算机。 在那些年里，通常将引导程序手动或从磁带输入到计算机中，这花费了半个小时，然后才可以对它们进行处理。 文章结尾的第二个链接提供了有关BASIC发行的视频以及在Altair 8800上编写的游戏程序的视频。 Steve通过在PC中安装永久存储芯片（ROM）并记录了控制程序来解决此问题，他将其称为“显示器”。 该名称反映了目的-在大多数情况下，她监视击键并将其传输到终端，并允许在存储单元中显示值并从特定位置运行程序。 沃兹尼亚克的监视器可容纳253个字节。
但是他仍然缺少启动计算机的RAM。 他的PC的第一个版本建立在缓慢的静态内存上。 后来，他用动态芯片代替了它，从而减少了电路板上的芯片数量，并积极地影响了工作速度。
史蒂夫向公众展示了他的PC，他的朋友史蒂夫·乔布斯（Steve Jobs）帮助将监视器带到俱乐部，建议开始为该PC生产印刷电路板，并建议创办自己的公司，名为Apple。

您可以在iWoz书中阅读有关此内容的更多信息。

苹果主板1

PC架构

一台PC包含多个节点。


（ 网站来源 ）

图像形成和输出单元（端子）

实际上，这是ARPANET的史蒂夫终端。 七位总线在其入口处，通过该总线接收数据以输出到电视屏幕。

它没有直接访问视频内存（DAP）的方案，但是使用1024位7位单元的循环内存更新（此外，未使用64位单元）。 由于缺少DAP，此终端的作用类似于打字机-他们将字符提交给输入，将其显示在屏幕上，将光标移动到下一个字符，并且没有图形。 由于该存储器的不断更新，终端的操作相当慢。 所有字符都按顺序显示，您不能只返回并更正输入错误的字符。 为了进行编辑，您需要输入Monitor命令，该命令将更改发生错误的存储单元的内容，然后使用另一个命令显示更改后的存储单元的字节值。

如果在程序中我们要清除屏幕，则需要将笔架24次转移到新行24次。 顺便说一句，当您按Return键（现代名称为Enter）时，生成器启动，它将在行尾打印空格字符。

没有图形模式，并且字符集仅限于标准ASCII码集，其值介于1到127之间（屏幕上仅显示间隔32-126的字符，其他一些字符用作控制字符，例如13-换行），因此为七位总线并以最高顺序设置单位。

所有显示字符的布局都记录在只读存储器（ROM）中。 字符到达终端输入后，首先将其写入一个小存储器（现代视频存储器的类似物），然后通过计数器系统选择字符发生器ROM中包含输出字符布局的地址，并通过移位寄存器将此数据与生成的视频时钟脉冲混合监视器输入（或低频电视输入）。

为了调节图像的亮度，电路板上有一个调谐电阻。 我用一个简单的等分线代替了它。

还应注意的是，由于图像形成方案中的错误，无法在大多数现代数字电视或监视器上正确显示它，而模拟电视则可以原谅这些错误。 在文章的结尾，有一个三分钟的录像带，在这样的监视器上，我很痛苦。

微处理器单元

它包含一个6502微处理器，ROM，I / O端口（PIA），缓冲放大器，设备地址解码器，RAM和一些小型微电路。

I / O块并与外部设备一起使用

轮询键盘，然后输入输出控制器（PIA）6520将输入的字符传输到数据总线。相反，我安装了6821。它工作正常。

外部设备的工作与存储单元的工作一样。 每个设备都有自己的存储区。 端口解码器处理来自特定设备的输入/输出。 它的输入线连接到微处理器的地址线，因此，当您设置所需的地址时，所需的设备将连接到数据总线。 程序以及设备本身决定了什么以及如何使用它。
由于未在此PC中实现中断，因此中央处理器将处理整个数据流（键盘输入，字符输出，与外部设备的数据交换等）。

要连接外部设备，主板上有一个连接器。 我所知道的唯一在70年代为该PC创建的设备是用于与外部数据存储设备一起工作的接口板-录音机。




电源供应

这里的一切都很简单。 需要四个电压为计算机供电。 + 5V，-5V，+ 12V和-12V。 电源由买方独立制造。 为此，有必要单独购买两个降压变压器，并将它们连接到已经有整流器和稳定器的主板上。 散热器上有一个+ 5V的稳定器，它会明显发热，因此很多用户在上面安装了风扇，我没有发明自行车，但我也这样做。

当然，可以放置一个现代化的开关电源，但是我想要一个热管以50 Hz的速度隆隆声。

零件搜索，组装和调试

就像我在上面写的那样，尽管是间歇性的，但花了将近3年的时间来搜索组件。 首先买了一块印刷电路板，在架子上躺了大约一年后，它开始逐渐成长为零件。 首先，我焊接了用于微电路的插座和用于连接电源和显示器的连接器。 然后是所有无源元件-电阻器，电容器和二极管。 没错，原始的Sprague电容器无法立即获得，而上半年取而代之的是普通的现代电解液。

大多数微型电路是立即获得的，而且，大多数具有155系列的苏联类似物。 我必须为这样的微电路奔跑：

视频ROM-必须在其中记录某种固件，否则将没有足够的图像。
2504V-七个寄存器，用于存储屏幕上显示的图像。
2519B是用于构建没有类似物的图像的计数器。
8T97-防止微处理器数据总线过载的数据总线缓冲器；在其他方面，他们后来找到了苏联的替代产品-K155LP11。
具有控制程序“监视器”的ROM。

在主板上找到，焊接或安装了所有组件之后，最有趣的部分开始了-调试。

第一次打开-单击电源开关，持续5秒钟，然后关闭-没有烟，公寓内的交通堵塞完好无损，没有任何火灾-命令。 我打开它，看图片-屏幕上的随机字符有垃圾。 我按了它后面的RESET和CLEAR SCREEN（是的，是的，有一个这样的按钮-用户不会被时尚的事物宠坏，然后设计师认为，让用户在需要时可以清除屏幕），什么也没发生-相同的随机垃圾。
最重要的是，+ 5V稳定剂已经开始烘烤，新鲜燃烧的清漆毛毡散发出温暖的香气，来自该稳定剂的油漆毡已经散布在整个房间。 我将其关闭，等待5分钟，直到它完全冷却为止，在如此短的系列中，我尝试在整个调试期间进行进一步的调试，因此不再赘述。

如果一切正常，则在打开计算机后，欢迎屏幕保护程序将在监视器的整个工作空间中以交替的，闪烁的“ @_”字符的形式出现在屏幕上，并且在按RESET和CS后，屏幕应清除，并且仅保留光标以输入命令控制程序“监视器”。

目视检查以及成像和电源电路的连续性没有任何结果。 经过几天的折磨，我发现卖方给了我错误的视频存储芯片类似物。 虽然模拟量是1404A，但我却站了1403A。 我从面板上拉出了这些寄存器，但屏幕上没有任何变化。 卖方承认了自己的错误，并要求将这些寄存器寄回给他，但是由于它们并不昂贵，所以我对此并不在意。 原始的寄存器已经花了我大约80美元。 他们不得不等待三个星期。

替换寄存器后，终于出现了期待已久的眨眼狗（或苹果，您更喜欢这些狗），这意味着视频存储器，并获得了整个视频块。

我按RESET，CS键，屏幕被清除，但没有出现光标。 因此微处理器单元不工作。 问题的根源不多-处理器，ROM或绑定中的小逻辑。

被调查的第一个组件是带有“ Monitor”的ROM，因为其中一个微电路正在显着升温。

有点分散注意力，我要说的是控制程序记录在两个存储芯片中，每个存储芯片有255个存储单元，每个芯片的输出中只有4位。 为了控制8位处理器，Wozniak并行放置了2个这样的微电路，在输出端接收了所需的8个数据位。 并且他的整个控制程序适合253个字节（剩余2个字节）。



为了读取该存储器的内容，我在面包板上组装了一个基于Arduino的设备。

控制器依次对这些ROM的地址进行排序，将4位数据合并为8位数据，并以十六进制形式将其显示在计算机上的通信通道的监视器中。 检查ROM的内容后，我没有发现任何错误。

替换小逻辑也没有产生结果，因此怀疑是在主处理器的古老年代和他的退休上。

我没有另一台基于6502的计算机，因此我将其安装在面包板上，由Arduinki提供电源，发电机时钟脉冲为1 MHz（来自未来的Specialist PC），在数据总线上安装了NOP命令，跳线为+ 5V，并且我希望通过执行空操作将增加地址计数器的值。 但这没有发生。 什么都没发生。 看起来石头现在绝对是石头。 我订购了另一个，因为它应该由MOS生产。 当他开车时，我设法去度假并在海里游泳。



测试处理器6502。是的，有可能从Mega定时器中获得1 MHz，是的，有可能完全没有它，我可以做到所有这些，但是后来我想做到这一点。

安装新处理器后，打开-你好，狗-重置-CS-你好命令行！ 处理器单元已经工作了，还不到六个月！

下一个问题-我什么都没有输入命令和代码，也没有键盘。

琴键

该PC的键盘是一个导体网格，在其节点中安装了按钮。 这种情况下连接到按键解码器，该解码器沿7位ASCII线输出按键代码，并在单独的线上输出短期门控脉冲。 随着该脉冲传递到控制总线，处理器开始处理输入的字符。



通常，要获得这样的键盘，问题仍在解决中，但这通常是带有两个零的数字，而不是俄罗斯卢布。 因此，我开始考虑如何将PS / 2键盘连接到计算机。

在我看来，没有比Arduino Nano更有趣的事情了。 那天晚上，我通过安装安装将适配器安装在PS / 2和ASCII端口之间，并为其编写了固件。 由于Apple 1没有PgUp和PgDown键，因此我将它们用作RESET和CLEAR SCREEN按钮。 从今天开始，我不必用手在板上用镊子闭合腿，这非常令人愉快。

键入的字符被著名地打印在屏幕上，甚至该计算机文档中的测试程序都可以使用。 她所做的只是循环显示此计算机上显示的所有字符。


顶视图


底视图

键盘发生了一个有趣的故事。 最初，Return键只起作用一半-它正确地将命令输入到内存中，并给出了执行命令的指令，但是并没有转换为新行。 通常，由于终端的性质，这不会造成大问题。 但是我决定解决这个问题。 我从研究PC电路图开始，由Mdesk用户使用zx-pk.ru提供了很大的帮助。 研究电路时，我对硬件托架转换单元的操作没有任何疑问，我坐在测试仪和示波器旁。 导体的振铃什么也没产生-全部完好无损。 然后示波器开始工作。 我从PIA调用了输入信号-它们是正常的，该信号在7451N上的某处丢失，我尝试将其更改为7450，以及苏联类似物（155LR1和155LR11），此操作不起作用。 进一步解开链条，我到达了单振动器74123，有必要检查它产生的延迟。 但是我的适配器实际上将其关闭，这使通话不舒服。

然后我写了一个测试程序
280：A9 8D 20 EF FF A9 31 20 EF FF 4C 80 02
她所做的只是显示序列Return-1-Return-1（向下滚动的单位）。

我启动了它，正如预期的那样，单位已经投入生产。 然后我将适配器从插座中拔出，设备立即耗尽。 因此原因是适配器。 之后，迅速拧开问题。 我用作重置并清除屏幕的PgUp和PgDown按钮。 屏幕清洁（CLR）悬在Arduina的一只脚上，在清洁时，我在那儿应用了一只，释放后我重置为0。这个0熄灭了整个CLR线，但实际上它也使用换行功能。 解决方案很简单-在Arduinka和CLR之间放置一个二极管，就可以了！

由于拨号手动千字节程序是一项繁琐且并非总是准确的任务，因此我想到了将SD卡连接到可以输入程序的同一Arduinka的想法。 它的工作原理是-将名为dump.hex的文件放入根目录，然后按TAB键，控制器读取文件的内容并按相应的键。

软体类

Apple 1 , — Apple 2. . 30 Apple 1, ( ).

, . 2048. , ( 6502 ) 2 . 1679 . , .




YouTube上的视频作品。

接下来是什么？

首先，我想使其更漂亮。

键盘和SD卡的适配器。 有必要摆脱表面贴装的问题，我计划在中国开发并订购印刷电路板。

处理多个文件。 我打算为Arduinka写一个文件管理器，这将允许我从存储卡中选择一个文件并运行它。

我还购买了扩展卡连接器。 我想为他焊接K580VI53上的声卡（只是因为此计时器在家里），并绘制一个带有声音的小演示。
这可能是下一篇文章。

结论

要说我真的很喜欢为Apple 1构建，调试和编写程序实在无话可说。

非常感谢用户Mdesk和zx-pk.ru的所有人员在解释体系结构复杂性方面的帮助以及在设置此PC方面的有用技巧。

好吧，这要感谢史蒂夫·沃兹尼亚克（Steve Wozniak）出色的个人电脑！

有用的链接

Wiki上的Apple 1
在Altair 8800上进行BASIC加载
Apple 1和现代显示器（三分半钟的痛苦和苦难）
30年Apple 1（演示）
在线模拟器Apple 1
在线汇编器/反汇编器/调试器6502

专门针对Apple 1的俄语网站：
mdesk.ru
zx-pk.ru