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Mon projet, construire un ordinateur, a commencé en 1998 quand j'ai fait ma formation de Technicien de Maintenance en Electricité et Automatismes Industriels (TMEAI) à l'AFPA du Mans, cette formation sera transformée en Technicien de Maintenance Industrielle (TMI) en cours d'année. Le bâtiment TMEAI est situé au centre de la photo de Google Map ci-dessous, c'est le bâtiment 12 sur le plan de l'AFPA Le Mans, pendant cette formation je logeais (week-end compris) à l'AFPA dans le bâtiment 18 :



Plan AFPA LE MANS

Je m'intéresse à l'électronique et à l'informatique depuis toujours mais c'est pendant cette formation que j'ai vraiment compris l'électronique (les schémas, le fonctionnement des circuits et le dépannage) et très vite je me suis passionné pour l'électronique numérique. Mon professeur voyant que je m'y intéressais m'avait prêté un mini-ordinateur, le Micro-professor MPF-1, avec des anciens cours car c'était hors programme, j'apprenais à programmer le Z80 directement en language assembleur. Au début c'était assez dur car je ne comprenais pas bien comment fonctionnait cette machine mais je fini par faire des petits programmes qui marchaient. Les programmes était bons mais je n'étais pas satisfait car il y a avait trop de zones d'ombre dans ce que je faisais. A partir d'Octobre 1998 j'ai cherché dans les livres ce qui me manquait coté connaissances, j'ai acheté les livres suivants qui m'ont été bien utiles (mais insuffisants) : Electronique digitale de P. Cabanis, le Traité de l'électronique analogique et numérique en 2 volumes d'Horowitz et Hill, le Volume 1 : Labo analogique des Travaux Pratiques du Traité de l'électronique.

En janvier 1999, j'ai acheté le Volume 2 : Labo numérique des Travaux Pratique du Traité de l'électronique (titre original : Student Manual for The Art of Electronics) de Thomas C. Hayes et Paul Horowitz. J'avais lu les autres volumes quelques mois auparavant mais ils n'étaient pas à la hauteur de ce livre qui fut ma bible pendant 2 ans.

Student Manual

Ce livre m'a permis de construire un ordinateur à partir de zéro, composant par composant, fil par fil, il enseigne comment créer des octets de ses propres mains et ainsi devenir maître du microprocesseur en lui faisant faire tout ce que l'on veut. J'ai mis plus d'un an avant de maîtriser ce livre et j'ai commencé à construire mon prototype en Mai 2000 (photo ci-dessous). A cette époque j'étais à l'AFPA d'Angers pour une formation de niveau BTS appelée Technicien Supérieur en Electronique et Automatismes Industriels (TSEAI), j'avais encore trop de lacune en électronique digitale et je n'avais qu'un niveau Bac, il me fallait cette formation pour en savoir plus sur le fonctionnement des microprocesseurs et j'allais en profiter pour avoir un niveau Bac + 2 bien utile pour trouver du travail. Au début de cette année de formation quelqu'un m'avait dit que construire son propre ordinateur en partant de rien était un défi, défi impossible quand on nous apprend l'électronique des microprocesseurs uniquement avec des microcontrôleurs, en utilisants un PC pour les programmer. Pour réussir le défi il fallait faire autrement, utiliser des enseignements de la vieille école, avec mon bouquin et tout les vieux cours sur les anciens microprocesseurs (6809, 68000) et sur les anciens circuits (PIA 6820, ACIA 6850) que j'ai trouvé dans les poubelles de l'AFPA (heureuse coïncidence ou coup de bol du destin) je savais que j'allais réussir. Pendant cette année de formation j'ai appris quelques choses essentielles au niveau théorie en cours mais ce qui m'avait vraiment fait progresser c'était le micro-ordinateur que je construisais dans ma chambre à l'AFPA, et d'ailleurs ce qui me reste aujourd'hui c'est que je remplissais dans mon cahier dans ma chambre où je faisais des découvertes tard le soir. On ne nous autorisait pas à rester le soir dans les salles de cours d'Angers (à l'AFPA du Mans les professeurs nous autorisaient à rester seul aussi tard qu'on voulait car ils nous avaient donné les clefs), donc j'étais obligé de me monter un labo minuscule dans ma chambre dans l'internat pour pouvoir travailler la pratique aussi tard que je le voulais :





schematic keypad

schematic microcomputer

Après quelques mois d'échecs, j'ai finalement réussi à faire fonctionner mon montage, j'ai dû changer de microprocesseur et choisir le 6809 qui était assez proche du 68008 du livre. En Septembre 2000, mon micro-ordinateur fonctionnait à la perfection : il avait un clavier hexa-décimal pour le programmer, de la RAM et une EPROM pour stocker les programmes. J'avais aussi un PIA 6821 qui avait 2 ports parallèles d'entrée-sortie pour détecter l'état de 8 switchs et 8 leds en sortie. Je le programmais en langage machine pur en rentrant les octets 1 à 1 à la main par le clavier hexadécimal directement dans la RAM. Pour graver la mémoire morte, je m'étais fait un programmateur d'EPROM manuel, sans PC. J'avais tout fait, de A à Z et sans utiliser d'ordinateur externe pour programmer les composants, je comprennais ce que je faisais et je savais où était chaque octet de mes programmes, c'était magique !

Malgré ça, mon ordinateur avait des lacunes, j'avais ajouté un vrai clavier de 64 touches trouvé à la poubelle qui fonctionnait mal (à cause de ma technique de décodage du clavier pas assez précise) et un petit écran LCD mais c'était trop limité, il me fallait passer à l'étape suivante : vrai clavier ASCII et écran à tube cathodique. Décembre 2000 je fini ma formation avec le diplôme de Technicien Supérieur en Electronique et Automatisme Industriel de niveau BTS et j'ai mis mon projet de coté, j'avais d'autres préoccupations à l'époque (comme trouver du boulôt...)

Pendant quelques années j'ai carrément arrêté de faire de l'électronique chez moi mais en 2005 j'ai recommencé, je me suis construit un petit labo d'électronique chez moi pour m'occuper. A partir de là j'ai démarré sérieusement divers projets électroniques qui m'ont pris pas mal de temps, je montrerais ces projets sur un autre site que je suis en train de réécrire : www.outatime.fr. En 2009 j'ai fait une sorte de réveil et mon ancien projet de me construire un vrai ordinateur, un Apple 1, me revient comme 10 ans auparavant, mais cette fois-ci j'ai pu trouver facilement toutes les infos dont je rêvais grâce à internet.


En Mars 2009 j'ai acheté un livre sur la construction d'une réplique de l'Apple I (Apple I Replica Creation : Back To The Garage de Tom Owad). Je m'attendais à concrétiser mon rêve avec ce livre mais hélas la désillusion fut à la hauteur de mon espérance. Ce livre est l'image de notre époque, pour construire la réplique du livre il faut acheter un kit vendu par un constructeur d'ordinateurs et dans ce kit il y a pas moins de 3 microcontrôleurs, j'ai été écoeuré. Construire une réplique d'Apple 1 de 1976 en y mettant des microcontrôleurs d'aujourd'hui, c'est une hérésie quand on sait qu'un seul microcontrôleur peut émuler un ordinateur complet. En plus les programmes à l'intérieur des microcontrôleur ne sont pas accessibles, on ne sait pas ce qu'il y a dedans étant donné qu'ils sont pré-programmés et que les programmes ne sont pas divulgués par le fabriquant. Non, pour réaliser mon projet, il faut faire autrement et penser différemment pour au final avoir une machine qui n'a plus aucune zone d'ombre pour celui qui réussira à la construire et à la faire marcher : il faudra tout reconstruire soit-même en utilisant les méthodes et les techniques du maître, Steve Wozniak, des techniques qui ont fait leur preuves. Par chance Woz a écrit une autobiographie en 2006, je l'achète et cette fois je ne suis pas déçu : il explique comment il a construit l'Apple 1, par où il est passé pour réussir.


J'ai fait les plans de mon Apple 1 en me basant sur un Apple II mais en moins bien fini (mesures en cm).

J'ai réalisé la carcasse en bois en Mai 2009 avec ma scie sauteuse. J'ai tout fait moi-même, peu importe si la découpe n'est pas parfaite, ce qui compte c'est de TOUT faire soit même en réalisant la construction de l'ordinateur de A à Z.

L'écran est un moniteur monochrome TTL de Marque Matsushita Electric Industrial (Panasonic) utilisé dans les anciennes stations de diagnostique automobile, c'est du matériel récupéré de la destruction, j'en ai quelques un comme celui-là récupéré sur mon lieu de travail, je suis technicien en électronique dans un SAV de matériels de diagnostique utilisés les garages.

C'est un moniteur parfait pour mon projet car les signaux d'entrées sont bien séparés :
- Synchronisation Verticale
- Synchronisation Horizontale
- Lumière

Le moniteur s'alimente en +12V et consomme 1,3A. Je compte refaire la carte analogique de ce moniteur dans le futur.



Comme Woz, j'ai commencé par faire la carte vidéo indépendamment du microprocesseur. Dans un premier temps j'envisageais d'utiliser le même système vidéo que Woz mais certains des circuits qu'il a utilisé en 1975 sont devenus rares et très chers de nos jours. Ici je parle des circuits Sygnetics 2504 et 2519B hors de prix. Comme je ne veux pas faire une réplique fidèle à 100% coûte que coûte, je me lance dans la construction d'un autre système vidéo qui affichera 24 lignes de 40 caractères avec la même police d'écriture que l'Apple 1 original.

En Juin 2009 j'ai réussis à afficher des caractères sur mon écran grâce au contrôleur vidéo SFF96364 mais je ne suis pas satisfait car il affiche 20 lignes de 64 caractères et cela n'est pas paramétrable alors que l'Apple 1 affiche 24 lignes de 40 caractères, il faut trouver autre chose.












Je laisse la partie vidéo de coté pendant plus d'un an, entre temps je m'attaque à la partie microprocesseur.

Je précise ici que je ne construit pas une réplique d'Apple 1 fidèle à 100%, car ça reviendrait trop cher et puis je n'aime pas copier un schéma bêtement sans le comprendre, ce que je construit c'est un ordinateur personnel compatible Apple 1.

Voici un aperçu des points communs et différences entre ma construction et l'Apple 1 original :


RESPECT DE L'APPLE 1 ORIGINAL

utilisation du même processeur 6502, la société WDC le fabrique toujours en 2011 : http://www.westerndesigncenter.com

utilisation du quasi-même PIA MC6821, c'est le frère jumeau du MC6820 original

utilisation du même démultiplexeur 74154

le Moniteur de Woz fait fonctionner la machine

programmation avec le BASIC Integer de Woz

affichage de 24 lignes de 40 caractères avec la même police d'écriture que l'original



DIVERGENCES PAR RAPPORT A L'APPLE 1 ORIGINAL

j'ai redessiné l'intégralité des schémas, il ne reste presque rien des schémas originaux de Woz dans ma machine

j'ai remplacé tout les circuits intégrés que Woz à utilisé (excepté le 6502, le 6821 et le 74154) par des composants (qui existaient dans les années 70 et début 80) facilement disponibles aujourd'hui et pas chers

utilisation de la RAM statique au lieu de la RAM dynamique. Le Moniteur et le BASIC sont stockés en EPROM. Ajout d'une EEPROM pour stocker définitivement les programmes tapés au clavier sur l'ordinateur

utilisation du contrôleur vidéo MC6845 avec ses circuits associés en lieu et place de toute la partie vidéo originale. Il y a quelques petites différences par rapport à l'original comme la rapidité de l'affichage et la mémoire vidéo

la forme du curseur sera █ au lieu de @ car c'est impossible d'avoir le curseur @ avec le CRTC MC6845

j'ai rajouté l'entête "THE APPLE COMPUTER" sur la page de démarrage, juste pour le fun

RESET automatique dès l'allumage de la machine




Si je travaille sur ce projet c'est avant tout pour comprendre le fonctionnement d'un ordinateur, et la meilleur façon d'apprendre est d'appliquer ce que l'on comprend en construisant soi-même la machine, en maîtrisant tout de A à Z : le moindre bit, la moindre connexion, tout. Si j'ai choisi l'Apple 1 comme modèle c'est pour plusieurs raisons : d'abord parce que c'est un ordinateur mythique, c'est l'ordinateur révolutionnaire, le premier ordinateur personnel de l'histoire. Ensuite parce que l'Apple 1 a été conçu par un technicien, Steve Wozniak, et pas par un ingénieur qualifié ou par un comité d'ingénieurs. C'est un ordinateur fait maison, il est compréhensible et on a accès à tout (schémas, firmware, code source, explications,...) et ça on le doit à Woz qui dès le début a toujours voulu partager le contenu de ses découvertes. Et enfin, c'est aussi parce que je suis fan d'Apple, c'est eux les premiers et les meilleurs constructeurs d'ordinateurs personnels au monde, si Apple n'avait jamais existé, les micro-ordinateurs que nous connaissons aujourd'hui auraient au moins 20 ans de retard, fonctionnant avec un MS-DOS 20.11 probablement.

En Novembre 2009 j'arrive à faire fonctionner ma carte électronique avec le microprocesseur (photo ci-dessous), j'arrive à comprendre et à exécuter des petits morceaux du Moniteur de Woz comme la saisie des touches du clavier.



En Mars 2010 je réussi enfin à réaliser le circuit imprimé de la carte mère après plusieurs échecs. Je tiens à faire mes propres circuits chez moi dans mon garage car je veux tout faire, de la conception du schéma jusqu'à la réalisation du circuit imprimé. Et puis ça coûte beaucoup moins cher de tout faire soi-même à la maison.





Aujourd'hui en Mars 2011 l'ordinateur fonctionne parfaitement mais je suis toujours au stade du prototype, la partie vidéo est achevée mais elle est toujours réalisée en wrapping, je ferais un circuit imprimé dès que possible. La carcasse en bois n'est pas finie non plus, il manque la plaque qui entoure le clavier. Bref je ne suis pas arrivé à la fin du projet, sans compter que je veux refaire la carte analogique du moniteur, je veux aussi faire une carte d'interface pour brancher mon Apple 1 sur un iMac afin de transférer des programmes en fichiers binaire dans l'Apple 1. Je veux aussi brancher l'Apple 1 sur internet, il reste plein de travail et de découvertes en perspective...

Mise à jour 2015 : J'ai refait un circuit imprimé double face de la carte mère qui intègre la maintenant la partie vidéo avec le contrôleur vidéo MC6845, la carcasse en bois est finie.
Le schéma de la carte mère est téléchargeable ici : https://drive.google.com/file/d/0B9kECAiiqnNqeUJUQVZpbnhnaDg/view?usp=sharing

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