Firmware original do Nestor

Código Original do Computador Nestor

Para quem for montar o circuito original do Nestor da revista Nova Eletrônica, segue a listagem hexadecimal do código a ser gravado na EPROM 2716.

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Coleção de Microprocessadores

Coleção de Microprocessadores 2

Aumentei minha coleção de microprocessadores antigos com essas duas peças:

Me faltava um Intel 8086, que foi o primeiro processador de 16 bits da Intel. É muito fácil encontrar um 8088 porque ele foi muito usado nos PCs e PC-XTs, mas o 8086 foi usado muito pouco em microcomputadores devido ao seu barramento externo ser de 16 bits (o 8088 tinha barramento de 8 bits) o que dificultava o projeto do circuito. Por isso é mais difícil de ser encontrado. 

Acima está um microprocessador Z180 da Zilog. O Z180 é um Z80 CPU turbinado com um monte de circuitos auxiliares como: 2 canais de DMA, controladores de interrupção internos, 3 geradores de wait state, oscilador interno, porta de I/O serial, 2 contadores/timers de 16 bits, 2 UARTs, ou seja se parece muito com os microcontroladores, faltando-lhe apenas a memória RAM e ROM. Além de ter instruções compatíveis com o Z80CPU possui instruções extras e pode endereçar muito mais memória (essa versão DIP tinha 19 linhas de endereço = 512kBytes).

Esse encapsulamento DIP de 64 pinos, tem um passo entre pinos um pouco menor do que o padrão de 100mils dos DIPs comuns.

Computador Nestor 2

NESTOR 2

Faltava eu colocar mais informações e fotos sobre o Nestor 2, projeto de microcomputador com Z80 da revista Nova Eletrônica, com repaginação do Victor Trucco e firmware adaptado pelo Fábio Belavenuto.

Inicialmente eu até tentei montar e testar em protoboard, mas não funcionou a tentativa. Além de ficar muito confuso e sujeito a falhas e mau contato. Vejam a bagunça:

Começou a faltar fiozinho pra fazer as ligações e meu protoboard não foi suficiente para colocar as teclas, portanto o que me levou a montar o Nestor 2 na placa de circuito impresso.

As fotos a seguir são da sequência de montagem:

 
 Placa com os resistores soldados.

Com os botões colocados.

 
Colocação dos soquetes de cis e para os displays e jacks do cassete.

Com os displays de sete segmentos (vermelhos).

 
Quase no final, com os transistores.

Com o conector de força e o cristal (soquetado).

Cristal de 4MHz.

Placa toda montada, com os integrados e ligada com os displays vermelhos. Na verdade, eles ficaram muito fracos na luminosidade, então substitui pelos verdes que vieram no kit, e que são de brilho mais intenso.

A seguir, mostro algumas das funções e como funciona o teclado:
Existem 24 teclas: 16 com os dígitos hexadecimais de 0 a F, e 7 teclas para funções. A primeira tecla é a "P" de permissão. Ela serve para entramos com dados de endereço. Ao apertarmos P, os quatro dígitos da esquerda e os dois da direita se apagam e podemos entrar com um endereço de 4 dígitos hexadecimais ($0000 a $FFFF, ou 0 a 65535 decimal, que é o máximo de endereços de memória que o Z80 pode acessar). Digitando 0000, e em seguida apertamos "L" de leitura, podemos ver o dado nessa posição de memória.

Nestor com displays verdes e mostrando o conteúdo do endereço $0000, que tem $31 (EPROM). Podemos alterar o conteúdo da posição de memória (desde que seja RAM), apenas digitando-se os novos dados no teclado. As informações digitadas correm da direita para esquerda continuamente, de forma que não é necessário se apagar se houver erro na digitação.

As teclas -1 e +1 apenas decrementam ou incrementas a posição de memória em uma posição. 

Apertando +1, o endereço aumenta de 1.

A tecla "R" faz rodar o programa em assembly que estiver no endereço de memória mostrado no display. Esse é um programa na EPROM que mostra uma palavra.

 A tecla "ER" faz com que o conteúdo dos registradores internos do Z80 sejam mostrados.

Inicialmente o valor do registrador A (acumulador).

Apertando ER novamente, mostra o registrador B.

Mais uma vez o ER, e aparece o registrador C. Em sequência serão apresentados os registradores D, E, H, L, F (flags) e I, depois retornando ao acumulador.

 Por fim, a tecla IV, é para definir uma interrupção vetorizada.

Quem precisa de Raspberry Pi ou Arduino ? Isso é para os fracos. Os fortes programam em assembly,  digitando diretamente os opcodes em hexadecimal na mão (he he he).

Até é possível fazer montagens experimentais e interligação com protoboard (como fazem com Arduino e Raspberry Pi) graças ao conector em barra com os sinais do Z80 disponíveis.

Aqui os esquemas do Nestor:

Circuito de geração de clock, circuito de reset e pullups de alguns pinos do Z80. Como eu coloquei um soquete para o cristal, isso permite que eu mude a frequência do clock apenas trocando o cristal. Eu coloquei um cristal de 2MHz para testar alguns Z80 (de 2,5MHz de clock máximo) e com o Z80A deixei com cristal de 4MHz (o original da revista era um de 3,58MHz).

As memórias usadas foram uma 2732 de 4kbytes em EPROM e uma RAM estática 62256 de 32 kbytes.

Circuito de decodificação e seleção de memórias e entrada e saída. O 74LS138 decodifica e seleciona quais chips de memória serão acessados. Os sinais de entrada são: endereços de A13 a A15 e MREQ (pedido de memória). Isso significa que o 74LS138 aciona blocos de memória de 8kbytes em cada saída. A primeira saída aciona a EPROM de 4kbytes ($0000 a $0FFF) sendo que a EPROM fica espelhada nos endereços de $1000 a $1FFF). A RAM fica no espaço de endereços de $2000 a $9FFF, para isso 4 saídas do 74LS138 são combinadas com portas E do 74LS08.

A habilitação de entrada e saída é feita combinado os sinais IORQ (pedido de entrada e saída) com os sinais WR e RD (write e read).

Circuitos de portas de entrada e saída, habilitadas pelos sinais combinados no esquema anterior. Para isso as entradas passam por buffers tri state 74LS126 e os dados de saída ficam disponíveis e guardados em latches 74LS75. Existem dois barramentos de acesso na placa.

Circuito do teclado matricial, acionado por portas de entrada semelhantes ao esquema anterior e usando buffers tri state 74LS126.

Circuito dos displays de catodo comum multiplexados.

Circuito da interface de cassete (gravação e leitura) e do alto falante.

E aqui o firmware a ser gravado na EPROM com o programa monitor básico e de cassete.

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Computador Nestor Nova Eletrônica

NESTOR o computador pessoal da década de 80

Em meados de 1984, saiu numa edição da saudosa revista Nova Eletrônica, um projeto de computador pessoal para ser montado pelos leitores e que foi segmentado nos diversos números seguintes.  Naquela época o microprocessador mais famoso era o Zilog Z80, de oito bits e que podia rodar os programas escritos para o microprocessador 8080A da Intel (esse era o tataravô do atuais processadores da Intel). O Z80 era usado em vários computadores pessoais da época: TRS-80 da Radio Shack (aqui tinha clones da Dismac e outros fabricantes), no super ultra vendido ZX-81 (aqui clonado pela Microdigital no TK-82C, TK-85 e TK-83; pela Prológica com o CP-200 e Ritas com seu Ringo470) e pelo melhor de todos: o ZX-SPECTRUM (aqui TK-90X e TK-95), além de CP500, Itautec I7000, Sistema 700, etc. O Z80  era usado até nos Apple II, num cartão especial para rodar programas em sistema operacional CP/M e assim usar o dBase II e processador de texto Wordstar.  A base instalada do Z80 era enorme e muita gente tinha conhecimentos de sua programação.

Foi natural então que a revista (editora Editele) escolhesse esse microprocessador para seu projeto.  Surgiu assim o NESTOR, que era um computador bem básico com um teclado de 24 teclas, e displays de leds de 7 segmentos para apresentar os dados e endereços, bem como apresentar algumas mensagens com caracteres alfabéticos rudimentares.  Apesar  do Z80 poder endereçar até 64 kbytes (uma miséria hoje em dia), o Nestor original só tinha 1 kbyte de RAM formada por dois cis 2114 e um programa monitor de 2 kbytes gravado em uma memória EPROM 2716. Um punhado de cis TTL completavam o computador para realizar a seleção de blocos de memória, formar as portas de entrada e saída, controlar os displays de leds e ler o teclado. Tudo isso rodando a um clock de 3,58MHz (cristal de TV) e alimentado por uma fonte de 5Vdc/1A.

Nas edições seguintes, foram informados o layout da placa (dupla face - o que dificultava bastante a confecção caseira) e a listagem do programa monitor que deveria ser gravado na EPROM. Mais adiante surgiram a interface para cassete, de forma que os programas digitados pudessem ser gravados em fitas cassete e depois recuperados, e um circuito para gravação de EPROMs.

Não precisa dizer que ele não aceitava programas escritos em linguagem de alto nível (tipo C, pascal, basic, cobol, fortran, etc). Os programas precisavam ser entrados em formato hexadecimal em cada endereço. Isto é, programação em linguagem de máquina no seu nível mais baixo (mais baixo que isso, só entrando em binário), assim o programador precisava escrever os mnemônicos num papel e depois traduzi-los para os códigos hexadecimais de cada instrução (op codes) para poder entrar. Ou usar um programa assembler (montador tradutor) em outro computador para fazer isso.

Mesmo assim, um computador desses era um valioso instrumento de aprendizado, pois o Z80 era ensinado em todas escolas de eletrônica. Todo mundo queria aprender assembly (linguagem de máquina) do Z80.  Além de ser também um grande aprendizado para entender a estrutura lógica do hardware de computadores digitais.

Pois bem, eu comprei todas as revistas que saíram sobre esse computador, comprei as peças (inclusive teclas), cis, gravei EPROM (tive que digitar toda a listagem) e fiquei esperando um dia conseguir construir esse computador. O problema maior era fazer a placa. A placa era de face dupla, a face superior veio desenhada na revista, mas a face inferior tinha o desenho também, mas com uma grande besteira da revista, pois no layout foram inseridos quadrados em cor marrom (sobre as trilhas pretas) separando os blocos do computador. Ou seja, o layout era inútil para reprodução, sem falar que o alinhamento das duas faces é muito difícil.

Assim, fiquei quase 30 anos no meu sonho, com minhas pecinhas bem guardadas.

Ano passado, o pessoal do grupo Clube do TK no Yahoo, do qual faço parte e só tem sujeito da minha faixa etária e que era vidrado nos computadores pessoais de antigamente (tipo TK, MSX, Color Computer, Amiga, etc etc), reviveu a ideia de montar o Nestor. E o grande Victor Trucco redesenhou e reprojetou o Nestor, com ajuda do Fabio Belavenuto no software. Obviamente meus olhos brilharam e meu sonho de 30 anos podia se tornar realidade. Ele batizou o computador de NESTOR+, pois tinha uns melhoramentos: agora o computador teria 32kbytes de RAM num ci 62256, o processador foi atualizado para um Z80 CMOS (o Z80A original de 4MHz era NMOS), a interface cassete foi embutida na placa principal (que ficou menor).

Imediatamente muita gente se inscreveu querendo o Nestor+.  No começo do ano pudemos saber que o protótipo funcionava e que iriam produzir uma  série limitada de placas.  Pra adquirir, havia duas opções: montado e em kit. Obviamente optei pelo kit, pois queria ter o prazer de montá-lo eu mesmo.

Essa semana me chegou o kit com todas as peças (não vou usar as minhas peças guardadas há tanto tempo, até poderia usar algumas, pelo menos o Z80 e os TTLs, mas não as memórias e nem as teclas).

Agora, minhas próximas postagens no blog, serão sobre a montagem do Nestor+.

Comecei a fazer a checagem da placa, verificando se todas as conexões e trilhas estão ok, com o multímetro em modo de continuidade (apitando quando ok). Já achei dois problemas, mas foram resolvidos.

Próximo passo: começar a soldagem dos componentes.

Abaixo algumas fotos do Nestor original e do Nestor+.

A capa da revista com a foto do Nestor da época, note as teclas antigas e em pouco número para os padrões de hoje:

Foto do Nestor+ montado pelo Victor Trucco, com placa mais compacta e outra disposição dos componentes e teclas pequenas, e a grande memória RAM de 32 kbytes:

O meu kit: