Apple 1を組み立ててゲームを作成する方法

Apple 1を組み立ててゲームを作成する方法





コンピュータApple 1のリリースから40年が経過しました。今日、その機能は単純なマイクロプロセッサデバイスやマイクロコントローラにも届きません。 しかし、1976年、この新製品は多くのノイズを発し、コンピューターの世界の革命についても言われました。 読者にApple 1を集めて、何がおもしろいかを調べて、何らかのプログラムを書いてもらいます。



私は一度にそれを収集しなかったことをすぐに言わなければなりません。 コンポーネントの検索、空き時間でのビルドとデバッグ、そしてほぼ同じ量のデバッグ、最後に集まってこの記事を書くのに3年かかりました。

アップル1

タイプ：パソコン

生産年：1976年7月-1977年3月

プロセッサー：MOS 6502

クロック周波数：1MHz

メモリ：256バイトROM、4 kB RAM、最大8 kBまで拡張可能

ビデオ：40x24文字

製造：約200個

ちょっとした歴史

Apple 1の作成者はStephen Wozniakです。 実際、その作成時点では、まだApple 1と呼ばれていませんでした。はい、Apple自体はそこにいませんでした。



スティーブは幼い頃から電子機器の設計が好きでした。 彼の最初の計算機は「クリームソーダ」であり、中央処理装置を使用せずに集積回路上で設計され、簡単な数学演算を実行できました。 残念ながら、このコンピューターの写真や説明は見つかりませんでしたが、彼の本で説明されているスティーブ自身からの情報を意味するだけです。 「クリームソーダ」の運命も悲しいです-それは燃え尽きて、それを復元する試みはありませんでした。 その後、スティーブがHPで電卓の仕事をしたとき、彼の友人であるアレンバウムは、カリフォルニア州パロアルトで開催されたコンピュータークラブの会議を招待しました。 スティーブは、この会議が端末とビデオテクノロジーに特化したことを知らされました。 その時点で、彼はすでにARPANETで作業するための独自の端末を作成しており、端末技術についてのアイデアを持っていたため、行くことに同意しました。 スティーブは控えめな男で、もしそれがコンピューターに関するものだと知っていたら、彼はそこに行かないと言いました。

会議では、出席者が奇妙なマイクロプロセッサーとAltair 8800コンピューターについて議論していたので、安心しました。



会議の後、彼はi8080Aマイクロプロセッサについて説明したリーフレットを受け取りました。 彼は余暇にそれを研究することを決め、これがまさに彼が最初のPC「クリームソーダ」でやっていたことであり、それをどのように簡単にすることができるかを理解しました。 同日、彼は未来のApple 1のアーキテクチャーとして生まれました。しかし、それは数ヶ月後にはアセンブリに至り、新しいマイクロ回路の仕様の検討とコンポーネントの検索に取りかかりました。 実際、70年代にはマイクロプロセッサとメモリは非常に高価で希少でした。 MOS Technology社が予算プロセッサー6500をリリースし、すぐに6500のアナログ製品である6502をリリースしたときに、プロセッサーの問題は解決しましたが、優れた機能を備えており、コストはわずか25ドルです。 最初にスティーブの手に落ちたのは伝説的な6502でした。



そのときの次の問題は、コンピューターを起動する準備をすることでした。 当時、ブートプログラムは、原則として、手動またはテープからコンピューターに入力されていましたが、最大で30分かかり、その後、コンピューターで何かを行うことができました。 BASICのローンチと、Altair 8800で作成されたゲームプログラムのビデオは、記事の最後にある2番目のリンクから入手できます。 スティーブは、PCに永久メモリチップ（ROM）をインストールし、「モニター」と呼ばれる制御プログラムを記録して、この問題を解決しました。 名前には目的が反映されていました。ほとんどの場合、キーストロークを監視して端末に転送し、メモリセルに値を表示して特定の場所からプログラムを実行することもできました。 ウォズニアックのモニターは253バイトに収まります。

しかし、彼はまだコンピューターを起動するためのRAMが不足していました。 彼のPCの最初のバージョンは、低速の静的メモリ上に構築されました。 その後、彼はそれを動的なものに置き換え、ボード上の超小型回路の数を減らし、作業の速度にプラスの影響を与えました。

Steveは自分のPCを公開し、モニターをクラブに持ち込むのを手伝った友人のSteve Jobsは、そのPC用のプリント基板の製造を始め、Appleという名前の会社を設立することを提案しました。



これについては、iWozブックで詳細を読むことができます。

Appleメインボード1

PCアーキテクチャ

PCは複数のノードで構成されます。





（ サイトソース ）

画像形成および出力ユニット（端末）

実際、これはARPANETのまさにSteveの端末です。 入り口には7ビットのバスがあり、TVバスへの出力のためにデータが受信されます。



ビデオメモリ（DAP）への直接アクセスのスキームはありませんが、7ビットの1024セルの循環メモリ更新を使用します（さらに、64セルは使用されません）。 DAPがないため、この端末はタイプライターのように機能します。入力に文字を送信し、画面に表示し、次の文字にカーソルを移動し、グラフィックはありません。 このメモリは絶えず更新されるため、端末の動作はかなり遅くなります。 すべての文字が順番に表示されます。誤って入力した文字を修正することはできません。 編集するには、エラーが発生したメモリセルの内容を変更するMonitorコマンドを入力し、変更されたメモリセルのバイト値を表示するために他のコマンドを使用する必要があります。



プログラムで画面をクリアする場合、キャリッジを24回新しい行に24回転送する必要があります。 ちなみに、Return（最新の指定はEnter）をクリックすると、ジェネレーターが起動し、スペース文字が行末に出力されます。



グラフィックモードはなく、文字セットは標準のASCIIコードセットに限定され、値は1から127（32から126の範囲の文字のみが画面に表示され、他のいくつかは制御文字として使用されます（たとえば、13-改行））、したがって7ビットバスそして、最上位では、単位は常に設定されます。



表示されるすべての文字のレイアウトは、読み取り専用メモリ（ROM）に記録されます。 文字が端末入力に到着した後、最初に小さなメモリ（最新のビデオメモリのアナログ）に書き込まれ、次に出力文字のレイアウトを含む文字ジェネレーターROMのカウンターシステムを介してアドレスが選択され、シフトレジスタを介してこのデータが生成されたビデオクロックパルスと混合されますモニター入力（または低周波テレビ入力）。



画像の明るさを調整するために、ボードにはチューニング抵抗があります。 単純な二等分線に置き換えました。



また、画像形成方式のエラーにより、ほとんどの最新のデジタルテレビやモニターでは正しく表示できないため、アナログテレビではこれらのエラーは許されません。 記事の最後に、このようなモニターでの私の苦痛の3分間のビデオ。

マイクロプロセッサユニット

6502マイクロプロセッサ、ROM、入出力ポート（PIA）、バッファーアンプ、デバイスアドレスデコーダー、RAM、およびいくつかの小規模マイクロ回路が含まれています。

I / Oは外部デバイスをブロックして動作します

キーボードがポーリングされ、入力された文字が入出力コントローラー（PIA）6520によってデータバスに送信されます。代わりに、私は6821をインストールしました。



メモリセルと同様に、外部デバイスでの作業が発生します。 各デバイスには独自のメモリ領域があります。 ポートデコーダーは、特定のデバイスからの入出力の包含を処理します。 その入力ラインはマイクロプロセッサのアドレスラインに接続されているため、目的のアドレスを設定すると、必要なデバイスがデータバスに接続されます。 何をどのように使用できるかは、プログラムとデバイス自体によって決まります。

このPCには割り込みが実装されていないため、中央プロセッサはデータストリーム全体の処理（キーボード入力、文字出力、外部デバイスとのデータ交換など）に関与します。



外部デバイスを接続するには、メインボードに1つのコネクタがあります。 70年代にこのPC用に作成された唯一のデバイスは、外部データストレージを操作するためのインターフェイスボードであるテープレコーダーです。







電源

ここではすべてが簡単です。 コンピューターに電力を供給するには、4つの電圧が必要です。 + 5V、-5V、+ 12Vおよび-12V。 電源はバイヤーが独自に製造しました。 これを行うには、2つの降圧トランスを個別に購入し、整流器と安定器がすでに配置されているメインボードに接続する必要がありました。 ラジエーターに+ 5Vスタビライザーがあり、それが大幅に熱くなるので、多くのユーザーがそれにファンを取り付けました。自転車を発明しなかったので、同じことをしました。



もちろん、最新のスイッチング電源を使用することもできましたが、私は50 Hzでゴロゴロと音を立てるチューブが欲しかったのです。

コンポーネントの検索、組み立て、試運転

上で書いたように、コンポーネントの検索には断続的ですが、ほぼ3年かかりました。 最初はプリント回路基板を購入し、棚に約1年横たわった後、徐々にコンポーネントに成長し始めました。 最初に、電源とモニターを接続するための超小型回路とコネクターのソケットをはんだ付けしました。 その後、すべての受動素子-抵抗器、コンデンサー、ダイオード。 確かに、元のSpragueコンデンサはすぐには入手できず、その代わりに年の前半は普通の現代の電解質でした。



超小型回路のほとんどはすぐに入手され、さらに、それらのほとんどは第155シリーズのソビエトのアナログを持っています。 私はそのような超小型回路のために走らなければなりませんでした：



ビデオROM-特定のファームウェアを記録する必要があります。記録しないと、適切な画像が表示されません。

2504V-画面に表示される画像が保存される7つのレジスタ。

2519Bは、類似物のないイメージを作成するために使用されるカウンターです。

8T97-マイクロプロセッサのデータバスの過負荷を防ぐデータバスバッファー;その他の問題では、後にソビエトの代替品-K155LP11を発見しました。

制御プログラム「モニター」を備えたROM。



メインボードにすべてのコンポーネントが見つかった、はんだ付けされた、またはインストールされた後、最も興味深い部分が始まりました-デバッグ。



最初の電源を入れます-電源スイッチをクリックし、5秒後に電源を切ります-煙がなく、アパートの交通渋滞は無傷で、火災は発生しませんでした-注文。 私はそれをつけて、絵を見てください-画面上のランダムな文字からのゴミがあります。 RESETを押して、その後ろに画面をクリアします（はい、はい、そのようなボタンがあります-ユーザーは当時流行の物に甘やかされていなかったため、デザイナーはユーザーが必要なときに画面をクリアできると考えていました）、何も起こりません-同じランダムなゴミ。

その上、+ 5Vスタビライザーはすでに焼け始めており、焼きたてのニスフェルトの温かいチューブアロマ、このスタビライザーからのペイントフェルトが部屋中を回りました。 私はそれをオフにし、完全に冷めるまで5分間待ちます。そのような短いシリーズでは、デバッグ期間を通してさらにデバッグを試みます。したがって、この事実はそれ以上示されません。



すべてが正常に機能した場合、コンピューターの電源を入れると、モニターの作業スペース全体でウェルカム画面が交互に点滅する「@_」文字の形で画面に表示され、RESETおよびCSを押すと画面がクリアされ、コマンドを入力するカーソルのみが残るはずです制御プログラム「モニター」。



目視検査と、イメージングおよび電源回路の連続性は何ももたらされませんでした。 そして、数日間の苦痛の後、売り手がビデオメモリチップの間違ったアナログを私に送ったことがわかりました。 アナログは1404Aですが、私は1403Aに立っていました。 これらのレジスターをパネルから引き出しましたが、画面上で何も変わっていません。 売り手は彼の間違いを認め、これらのレジスタを彼に送り返すように頼みましたが、高価ではなかったので、私はこれを気にしませんでした。 元の登録にはすでに約80ドルの費用がかかりました。 彼らは3週間待たなければなりませんでした。



レジスタを交換した後、待望のまばたきの犬（またはあなたがより好きなリンゴ）が最終的に現れました。これはビデオメモリを意味し、ビデオブロック全体が獲得しました。



RESET、CSを押すと、画面はクリアされますが、カーソルは表示されません。 そのため、マイクロプロセッサユニットは機能しません。 問題の原因は多くありません-プロセッサ、ROM、またはそれらのバインディングの小さなロジックのいずれかです。



調査対象となった最初のコンポーネントは、「モニター」を備えたROMでした。これは、マイクロ回路の1つが大幅に暖まっていたためです。



少し気を散らして、制御プログラムは2つのメモリチップに記録され、各メモリチップには255個のメモリセルがあり、各チップの出力は4ビットしかないと言います。 8ビットプロセッサを制御するために、ウォズニアックはこのような2つのマイクロサーキットを並列に配置し、必要な8ビットのデータを出力で受け取りました。 そして、彼の制御プログラム全体は253バイトに収まりました（2バイトは空きのままでした）。







このメモリの内容を読み取るために、ブレッドボード上にArduinoベースのデバイスを組み立てました。



コントローラーは、これらのROMのアドレスを順次ソートし、4ビットデータを8ビットにマージして、コンピューターの通信チャネルのモニターに16進形式で表示しました。 ROMの内容を確認した後、エラーは見つかりませんでした。



また、ささいなロジックを置き換えても結果が得られなかったため、メインプロセッサの長年にわたる業績と引退に疑念が生じました。



私は別の6502ベースのコンピューターを持っていないので、ブレッドボードにインストールし、Arduinkiから電源を供給し、1 MHzジェネレーターパルス（将来のスペシャリストPCから）、NOPコマンドでデータバスに+ 5 Vまたは接地でジャンパーをインストールし、空のアクションを実行すると、アドレスカウンターの値が増えると予想しました。 しかし、これは起こりませんでした。 何も起こりませんでした。 石は今では間違いなく石のように見えます。 MOSで作成する必要があるため、別のものを注文しました。 彼が運転している間、私は何とか休暇に行って海で泳ぎました。







プロセッサ6502をテストします。はい、メガタイマーから1 MHzを取得できました。はい、それなしで実行できました。これはすべて実行できますが、それを実行したかったのです。



新しいプロセッサをインストールした後、電源を入れます-こんにちは、犬-リセット-CS-こんにちはコマンドライン！ プロセッサユニットは動作し、6か月も経っていません！



次の問題-コマンドとコードを入力するものが何もありませんでした。キーボードはありませんでした。

キーボード

このPCのキーボードは、ボタンがインストールされているノードに導体のグリッドです。 このケースは押されたキーデコーダーに接続されており、7ビットASCIIラインに沿って押されたキーコードを出力し、別のラインに短期ゲーティングパルスを出力します。 このパルスが制御バスに送られると、プロセッサは入力された文字の処理を開始します。







このようなキーボードを入手することは、一般にまだ解決されている問題ですが、これは通常、2つのゼロを持つ数字であり、ロシアルーブルではありません。 そのため、PS / 2キーボードをコンピューターに接続する方法を考え始めました。



Arduino Nanoほど面白いものはありませんでした。 夕方、PS / 2とASCIIポートの間にアダプターをマウントしてマウントし、そのためのファームウェアを作成しました。 Apple 1にはPgUpキーとPgDownキーがないため、これらをRESETおよびCLEAR SCREENボタンとして使用しました。 この日から、ボード上のピンセットで両手を近づける必要はありませんでした。



入力された文字は画面上に有名に印刷され、このコンピューターのドキュメントにあるテストプログラムでも機能しました。 彼女がすることは、このコンピューターに表示されるすべてのキャラクターをループで表示することだけです。





平面図





底面図



面白い話がキーボードで起こりました。 最初は、Returnキーは半分しか機能しませんでした。コマンドをメモリに正しく入力し、実行の指示を出しましたが、新しい行への変換は行われませんでした。 一般に、端末の性質により、これは大きな問題を引き起こしませんでした。 しかし、私はこの問題を修正することにしました。 私はPCの回路図を研究することから始め、zx-pk.ruを使用してユーザーMdeskによって大きな助けが提供されました。 回路を調べたとき、ハードウェアキャリッジ変換ユニットの動作に疑問はありませんでした。テスターとオシロスコープの前に座っていました。 導体のリンギングは何も生じませんでした-すべて無傷。 その後、オシロスコープが動作しました。 私はPIAから入力信号を呼び出しました-それらは正常で、信号は7471Nでどこかで失われ、私はそれを7450に変更しようとしましたが、ソビエトのアナログ（155LR1と155LR11）、これは機能しませんでした。 チェーンをさらに解き明かすと、単一のバイブレータ74123にたどり着き、それによって生成された遅延を確認する必要がありました。 しかし、私のアダプターはそれを物理的に閉じるため、呼び出しが不快になります。



それから私はテストプログラムを書きました

280：A9 8D 20 EF FF A9 31 20 EF FF 4C 80 02

彼女がすることは、シーケンスReturn-1-Return-1（下にスクロールする単位）を表示することだけです。



私はそれを始めました、予想通り、ユニットはラインに行きました。 次に、アダプターをソケットから取り出し、ユニットがすぐに実行されました。 その理由はアダプターにあります。 その後、問題を素早く解決しました。 PgUpおよびPgDownボタンはリセットとして使用し、画面をクリアします。 スクリーンクリア（CLR）はArduinaの脚の1つにかかっていました。クリア時に1つを与え、それを放した後0にリセットしました。この0はCLR行全体を消滅させましたが、実際にはラインフィードブロックも使用します。 解決策は簡単です-ArduinkaとCLRの間にダイオードを挿入しましたが、うまくいきました！



手から手へのキロバイトプログラムのダイヤルは退屈で常に正確なタスクではないため、プログラムを入力できる同じArduinkaにSDカードを接続するというアイデアを思いつきました。 これは次のように機能します-dump.hexという名前のファイルをルートにドロップし、TABキーを押すと、コントローラーがファイルの内容を読み取り、適切なキーを押します。

ソフトウェア

Apple 1向けに作成されたプログラムはあまり多くありません。これは、より高度なコンピューターであるApple 2の差し迫った外観に関連付けられています。 Apple 1の30周年に、愛好家はかなり大きなデモを作成しました（以下のリンク）。



これをすべて立ち上げて見ましたが、自分で何かを書きたかったのです。 彼のために2048ゲームを書くことにしました。アルゴリズム、コーディングを書くのに2時間かかりました（それまでは6502で書くことができませんでした）。 受信したプログラムのサイズは1679バイトでした。 元のハードウェアとエミュレーターの両方で実行できます。









YouTubeでのビデオ作品。

次は？

まず第一に、私はそれを美しくしたい。



キーボードとSDカード用のアダプター。 表面実装を取り除く必要があります。私は中国でそのためのプリント基板を開発し注文する予定です。



いくつかのファイルを操作します。 Arduinkaのファイルマネージャーを作成して、カードからファイルを選択して実行できるようにする予定です。



拡張カード用のコネクタも購入しました。 私は彼にK580VI53のオーディオカードをはんだ付けし（このタイマーが自宅に横たわっているという理由だけで）、音声付きの小さなデモを描きたいと思います。

これはおそらく次の記事になるでしょう。

おわりに

Apple 1向けのプログラムの作成、デバッグ、作成を本当に楽しんだと言っても、言うことはほとんどありません。



ユーザーMdesk、およびzx-pk.ruのすべての人に、アーキテクチャの複雑さを説明するのを助けてくれて、このPCをセットアップするのに役立つヒントをありがとう。



さて、この素晴らしいパーソナルコンピュータに対するSteve Wozniakへの最大の感謝!!!

便利なリンク

WikiのApple 1

Altair 8800でのBASICロード

Apple 1と最新のモニター（3分半の痛みと苦痛）

30歳のApple 1（デモ）

オンラインApple Emulator 1

オンラインアセンブラー/逆アセンブラー/デバッガー6502



Apple 1専用のロシア語サイト：

mdesk.ru

zx-pk.ru