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.

:1000000031009CC5D5E5F521E69B36192169001123

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:1000A00051C90E063E01CDAF00870DC8C3A600F5AD

:1000B000D3037ED301D91100011B7AB3C2B900D991

:1000C00023F1C90E003E01BACADC00870E08BACA85

:1000D000DC00870E10BACADC00C3170051C91E0825

:1000E0000E003E01B8CAF1000C871DC2E400C31720

:1000F0000079824700C921E69B70C90E0621E69B64

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:1001100000233600C3170021EE9B78ED6F23ED6FAF

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:100130009BCD5A01C31700CD480178ED6F7E122187

:10014000EF9BCD5A01C3170021EE9B5E23561A2B5D

:100150002B77E521E69B3618E1C901E79BCD7601B7

:100160002BCD76012BCD7601C921EE9B7323722B0B

:100170002B1A77C9FFFF7EE521F09B77AFED6FCD9E

:100180008E010203AFED6FCD8E010203E1C9D511DF

:100190009701835F1AD1C9C0F9A4B0999282F880FF

:1001A000908883C6A1868ECD480113CD690121EFC9

:1001B0009BCD5A01C31700CD48011BCD690121EF2A

:1001C0009BCD5A01C31700FFFFFF3EFFD3033E7FC5

:1001D000D30121ED9B36C331F89BF5E5D5C531E45C

:1001E0009BC3ED9B21E59B36FEC3F60121E79B36C1

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:1002C0008E2336B721F89BC3200221F89B78ED6F6F

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:10033000FFFF0000000000000000000000000000BF

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:100800003E0032599B214B0A115A9B010600EDB064

:10081000215A9B06001E063E01CD960079871D20B9

:10082000F878FE0028EA215A9BCDA2007AD303DB98

:1008300001FE0020F1CDC300CDDE00FE14CA640825

:10084000FE103810FE132803C310083A599BFE000F

:10085000CA5B09C73A599BFE00282FFE012830FECB

:10086000022831C73A599BFE002809FE012810FED4

:10087000022844C721510A3E0132599BC30808216E

:10088000570A3E0232599BC3080821509B18082181

:10089000529B180321549B3EFF325E9B325F9B7834

:1008A000E5ED6F23ED6F015C9BE1CD760123015AED

:1008B0009BCD7601C310083EFFD3033EF7D301CD95

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:1008D0009B010700CD0C0921D007CD4709CDF908B0

:1008E000CD0C0921A00FCD4709C3370ACDF908D88F

:1008F000AF86EDA1EAF108B7C921529B5E235623CA

:100900004E236669B7ED524D4403EBC95ECD16091F

:10091000EDA1EA0C09C91608B7CD2909CB1BCD29D1

:10092000091520F837CD2909C9D9260038092E081C

:10093000CD47092E0218072E04CD47092E04CD43BA

:1009400009D9C90E9A18020E40291101003EFFD3A1

:10095000044110FEEE01ED5220F5C93EFF325E9BD0

:10096000325F9B2A509B22579B3EFFD3033EBFD34F

:100970000121E803CDD70938F02B7CB520F6CDD77F

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:100990009B21509BCD760123015A9BCD7601ED5BC7

:1009A000509B0620215A9BCDA20010F82A579B008D

:1009B000B7ED52C269093EFFD3033EFED301CDF924

:1009C00008DA2F0ACDF409DA2F0ACDEC0821569B5C

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Coleção de Microprocessadores

Coleção de Microprocessadores

No passado eu colecionei fascículos de uma enciclopédia da antiga Rio Gráfica Editora - Microcomputador Curso Prático, que depois se tornaram dois volumes muito interessantes e ricamente ilustrados. Num dos artigos, sobre a história dos microprocessadores, havia um quadro evolutivo (até então) dos principais microprocessadores usados, quadro do qual eu tirei uma foto que é a abaixo:

Tem gente que coleciona computadores velhos, mas isso demanda muito espaço e dinheiro (tá eu tenho alguns computadores velhos ... :o)  ), então é mais fácil e barato colecionar apenas as CPUs usadas nos computadores antigos.  Dos que serviam para computadores pessoais, eu consegui os mais importantes e que contam  a história da microcomputação dos anos 1970 e 1980. Vejam a foto das minhas CPUs:

Bom, seguindo a ordem do quadro da enciclopédia, mostro as fotos das minhas CPUs e descrevo alguns equipamentos onde elas foram usadas:

Esse era o Motorola MC6800, um processador de 8 bits. Foi usado no MITS Altair 680.  O MC6800 foi projetado em 1974, mesma época do processador a seguir.

O Intel 8080 foi o segundo microprocessador de 8 bits da Intel. Esse processador influenciou toda uma família de CPUs, incluindo o Z80 da Zilog e os seus sucessores na Intel.  O 8080 foi usado no MITS Altair 8800, um dos primeiros computadores pessoais e também nos videogames Arcade, incluindo o jogo Space Invaders. Com o 8080 foi desenvolvido o sistema operacional CP/M.

Acima tenho dois 6502, que foram as CPUs dos Apple 1, Apple II, Commodore PET e eram as CPUs mais baratas na época (por isso a Apple o escolheu). Aqui no Brasil foi usado no TK2000.
A CPU menor 6507 era uma versão encolhida do 6502 e foi o processador dos videogames ATARI 2600. 

O processador seguinte da Intel foi o 8085, que era compatível com o 8080 em software, mas melhor em hardware. O 8085 foi usado no TRS-80 model 100, um precursor dos micros portáteis.

A evolução da Motorola se deu com o MC6809. Esse processador foi usado pelos TRS - Color Computer (aqui CP400).

Talvez o mais famoso dos processadores de 8 bits, o Zilog Z80 foi o processador usado em muitos computadores da época: TRS-80 (clone CP300), Sinclair ZX80, ZX81 (e os clones nacionais TK82C, TK83, TK85, Ringo, CP200), ZX Spectrum (TK90X e TK95), CP500, os MSX (aqui Hotbit e Expert) e em diversos videogames (Gameboy com LR35902 da Sharp similar ao Z80, Master System, Mega Drive). Por ser compatível com o 8080 em software, podia usar o CP/M e até no Apple II foi usado com uma placa com Z80.

Entrando na era dos 16 bits, a Intel lançou a família 8086. Na foto eu tenho os 8088 que foram os processadores dos IBM Personal Computers (PC, XT) e que levaram a Intel à liderança de mercado até os dias de hoje. O Chip com o quadrado dourado é um 8087, coprocessador matemático usado com os 8088 e 8086.  O NEC V20 era uma versão mais avançada do 8088, tinha uma performance melhor e podia emular o funcionamento do 8080. Eu tenho um laptop Toshiba T1000 com um 80C88, versão CMOS do 8088.

A Motorola também desenvolveu de processadores de maior desempenho e lançou esse chipão de 64 pernas, o MC68000 de 16 e 32 bits. Junto na foto, o MC68008 com 48 pernas, uma versão mais simples do 68000.  O 68000 foi o processador dos Apples Lisa e MacIntosh, Atari ST, Amiga e também muito usado em Workstations Unix. Foi o processador do videogames Mega Drive (junto com o Z80). O 68008 foi usado no Sinclair QL (Quantum Leap).

Esses dois processadores não estão no quadro da enciclopédia, mas eu tenho esses chips da RCA e da Harris, que são o processador CDP1802 ACE de 8 bits e tecnologia CMOS, o que faz com que eles tenham um baixo consumo de energia. Por isso foram usados em sondas espaciais e num computador chamado COSMAC ELF que saiu na revista Popular Electronics.

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: