아두이노 기반 알테어 8800 시뮬레이터 키트 - 레트로 컴퓨터 직접 제작 및 프로그래밍

부품 및 소모품

부품	수량	비고
아두이노 메가 2560	1	아두이노 메가 또는 듀 중 하나만 필요
아두이노 듀	1	아두이노 메가 또는 듀 중 하나만 필요
LED (일반)	36	전면 패널 표시용
범용 NPN 트랜지스터	36	LED 드라이버용
저항 10kΩ	36	LED 드라이버용
저항 150Ω	36	LED 전류 제한용
미니 토글 스위치 SPDT On-On	17	주소 스위치 16개 + 전원 스위치
모멘터리 스위치 SPDT (On)-Off-(On)	8	기능 스위치용 (RUN/STOP/EXAMINE 등)
전면 패널 백킹용 금속판	1	스위치와 LED 고정용
스파크펀 블루투스 모뎀 - 블루SMiRF 실버	1	선택 사항. 블루투스 지원 기기를 시리얼 터미널로 사용 가능
마이크로SD 카드 및 어댑터	1	선택 사항. 디스크 드라이브 에뮬레이션용

앱 및 온라인 서비스

• 아두이노 IDE - 펌웨어 업로드용
• 아두이노 듀 플래시 스토리지 라이브러리 - 듀의 플래시 메모리에 데이터 저장용 (EEPROM 없음)
• 아두이노 듀 소프트_UART 라이브러리 - 임의 핀을 시리얼 인터페이스로 사용 가능하게 함

프로젝트 소개

오랫동안 알테어 8800 컴퓨터를 직접 다뤄보고 싶었습니다. 하지만 작동하는 빈티지 알테어는 희귀하고 비싸며(1,500~2,500달러), 알테어 클론 같은 대안도 600달러로 여전히 부담스러웠습니다. 다행히 알테어 클론의 제작자인 마이크 더글라스가 수집한 방대한 문서와 소프트웨어를 커뮤니티에 공개해 주었습니다.

아두이노 메가 2560의 사양을 보며 I/O 핀 수로 알테어 전면 패널의 LED와 스위치를 직접 제어할 수 있을지 고민했고, 메가에는 딱 맞는 수의 I/O 핀이 있음을 발견했습니다. 그렇게 나만의 알테어 클론 제작을 시작했습니다.

아두이노 메가 vs 듀 비교

아두이노 메가로 시뮬레이터를 구동하면 잘 작동하지만, 에뮬레이션 속도가 원래 알테어의 약 25%에 불과하고 에뮬레이션 RAM이 6KB로 제한됩니다. 영구 저장용 EEPROM도 4KB뿐입니다.

반면 아두이노 듀는 64KB의 풀 에뮬레이션 RAM을 제공하며 원래 속도에 가깝게 실행됩니다. 또한 런타임에 플래시 메모리에 데이터를 저장할 수 있어, 시뮬레이터 코드를 제외한 512KB 플래시 중 32KB를 반영구 저장소로 활용 가능합니다.

주요 특징

• 알테어 전면 패널 요소의 동작을 정확하게 재현
• 아두이노 듀 사용 시 원래 알테어 8800과 거의 동일한 속도 구현 (메가는 25% 속도)
• 에뮬레이션 RAM: 듀 64KB / 메가 6KB
• 알테어 프로그램 다수 내장: 퐁(Pong), 알테어 4K 베이직(마이크로소프트 첫 제품), 확장 베이직, MITS 프로그래밍 시스템 II(듀 전용), 타임 쉐어링 베이직 등
• 베이직 및 어셈블러 예제 프로그램 내장
• 88-SIO, 88-2SIO, 88-ACR(오디오 카세트 인터페이스) 보드 에뮬레이션. 각 시리얼 장치는 아두이노 시리얼 인터페이스에 매핑 가능. 기본적으로 88-SIO와 88-2SIO 포트 1이 USB 시리얼 포트(115200 baud 8n1)에 매핑됨. 블루투스 동글 연결 권장
• 듀의 경우 메인 시리얼(USB)과 Serial1(핀 18/19) 동시 사용 가능
• 각 시리얼 장치(ACR 테이프 포함)로 전송된 데이터를 로컬 저장소(EEPROM/플래시)에 최대 256개 파일로 캡처 및 재생 가능
• 카세트 인터페이스: 확장 베이직의 CSAVE/CLOAD 명령 자동 지원
• 크로멤코 대즐러(Dazzler) 그래픽 보드 에뮬레이션 (추가 하드웨어/소프트웨어 필요)
• 프로세서 테크놀로지 VDM-1 비디오 터미널 보드 에뮬레이션 (추가 하드웨어/소프트웨어 필요)
• 최대 16개의 88-DCDD 디스크 드라이브 에뮬레이션 (기본 4개). SD 카드를 아두이노 SPI 헤더에 연결 필요. 듀에서만 지원
• 88-HDSK 하드 디스크 컨트롤러 에뮬레이션 (최대 4개 유닛, 유닛당 4개 플래터)
• 88-RTC-VI 보드 에뮬레이션 (실시간 클록 및 벡터 인터럽트). 알테어 타임 쉐어링 베이직 구동 가능
• 256바이트 페이지 단위 메모리 영구 저장/로드 지원 (전면 패널로 입력한 프로그램 저장용)
• 내장 설정 에디터로 다양한 설정 변경 가능

문서화

시뮬레이터는 실제 알테어 8800과 동일하게 작동하므로, 구글에서 쉽게 찾을 수 있는 원래 알테어 문서로 전면 패널 스위치 조작법을 익힐 수 있습니다.

단, 시뮬레이터에는 원래 알테어에 없던 AUX1/AUX2 스위치를 통한 추가 기능과 내장 소프트웨어가 있습니다. 이에 대한 상세 문서는 소스 저장소의 Documentation.pdf를 참조하세요.

제작 지침

목표는 지원 회로를 최소화하는 것이었습니다. 아두이노 메가와 듀 모두 전면 패널 모든 요소를 직접 배선할 만큼 충분한 I/O 핀을 가집니다. 추가 회로는 36개 LED를 구동하기 위한 트랜지스터와 저항뿐입니다(LED를 아두이노 출력 핀에 직접 연결하면 동시 점등 시 전류 한계 초과).

전체 회로도는 반복적이라(36개 동일한 LED 드라이버, 32개 스위치 배선) 비효율적이므로, 대신 각 요소가 어느 아두이노 핀에 연결되는지 상세 표와 서브 회로(LED 드라이버 등) 회로도를 제공합니다. 프리츠 파일에는 스트립보드 상 LED 드라이버 부품 레이아웃이 포함되어 있습니다.

전면 패널 제작을 위해 알테어 전면 패널 고해상도 스캔본(www.vintage-computer.com)을 복사점에서 카드지에 인쇄했고, 백킹에는 22게이지 금속판을 사용해 일반 전동 드릴로 LED와 스위치 구멍을 뚫었습니다. LED 드라이버 회로는 스트립보드에 납땜해 LED에 직접 연결하고, 금속판이 LED를 고정합니다.

전면 패널 전원 스위치 배선: 아두이노와 같은 전원 소켓을 박스에 추가하고, 전면 패널 스위치를 거쳐 아두이노 전원 플러그로 연결했습니다.

듀 사용 시 최대 16개 88-DCDD 디스크 드라이브 에뮬레이션을 위해 듀의 SPI 포트에 SD 카드를 연결합니다. 회로도 문서 마지막 페이지에 상세 배선도가 있습니다.

중요: 아두이노 듀에 스케치 업로드 전, 컴파일러 최적화 설정을 "performance"(-O3)로 변경해야 합니다. 기본값은 "size"(-Os)로 시뮬레이터 속도가 크게 느려집니다. 변경 방법은 platform.txt 파일에서 -Os를 -O3로 모두 교체하면 됩니다.

시뮬레이터 소프트웨어는 전면 패널 하드웨어 없이 베어본 아두이노(메가 또는 듀)에서도 실행 가능합니다. config.h에서 #define STANDALONE 1로 설정하면 가상 전면 패널로 일부 프로그램 실행 가능하지만, 이는 본연의 용도가 아닙니다. 하드웨어 제작 없이 에뮬레이터만 원한다면 PC 기반 소프트웨어 에뮬레이터 사용을 권장합니다.

감사의 말

• 마이크 더글라스(deramp5113): 알테어 8800 교육 영상 제작 및 방대한 하드웨어/소프트웨어 매뉴얼 수집·공개 (altairclone.com)
• 마틴 에버하르트: ADEXER 툴로 하드디스크 지원 저수준 디버깅 지원. 콤보 디스크 부트로더(CDBL) 및 하드 디스크 부트로더(HDBL) 작성
• i8080 코어 모델 프로젝트: 하프 캐리 연산 및 DAA 명령어 효율적 구현 참고
• 내장 소프트웨어 출처: 알테어 4K 베이직, 확장 ROM 베이직, 타임 쉐어링 베이직, 킬-더-비트 게임, 퐁 게임, '데이지, 데이지...' 음악, 뮤직 시스템, MITS 프로그래밍 시스템 II, 알테어 턴키 모니터, i8080 CPU 진단/운동 프로그램 등 (모두 마이크 더글라스 수집·공개)
• 디스크/하드디스크 이미지: altairclone.com 및 deramp.com 제공 (CP/M, 디스크 베이직, 알테어 DOS, 포트란 등)

토론 포럼

크리스 데이비스(Altairduino.com)가 알테어-듀이노 관련 질의응답을 위한 구글 그룹을 운영 중입니다: https://groups.google.com/forum/#!forum/altair-duino

코드 및 회로도

• 소스 코드: GitHub 저장소
• 회로도 문서: 핀 연결표, 서브 회로도, 스트립보드 레이아웃(Fritzing 파일) 포함