小高輝真の「いまどきの９８」第３回

98のポイントはこれで完璧把握

小高輝真の「いまどきの９８」　第３回

　前回は、P54C（従来型Pentium）搭載98にMMX Pentiumを搭載する方法を紹介した。これは、話としては面白いのだが、いかんせんMMX Pentiumに換装できる機種が限られるという問題があった。あのような記事を書いておきながら、実は筆者が使用しているマシンも、MMX Pentiumに換装することができないのである。(^_^;
　MMX Pentiumへの換装こそできないが、筆者は以前からより高速なP54Cに載せ換えて使用している。今回は、この方法をご紹介しよう。
　筆者が使用しているマシンは（購入当時は）PC-9821Xa7だった。現在はこれに166MHzのP54Cを搭載して使っている。今回紹介するアップグレード法は、この機種よりあとに発売されたマシンの多くにも適用できる汎用性の高い方法なので、多くの読者の参考になれば幸いである。

●この記事に基づいてクロックアップが可能と考えられる機種

PC-9821Xa7、Xa9、Xa10、Xa12、Xa13、Xa16、Xa13/W、Xa16/W

　このほか、Xv13、Xv13/W、Xt16、Xb、Xc、デスクトップ型のValueStarもほぼ同様と考えられるが、実機で確認はしていない。
　なお、PC-9821Xa7、Xa9、Xa10は、初期ロットには一部制約がある（次項参照）。
　CanBeは、実物を分解する機会がほとんどなかったので不明だが、多くの機種で可能ではないかと考えられる。

●オーバドライブプロセッサでのみクロックアップ可能な機種

PC-9821Xa7、Xa9、Xa10の初期ロット、PC-9821Xn

　PC-9821Xa7、Xa9、Xa10は、ロットによりクロックアップの可能性が異なる。初期ロットでは100MHz超のP54Cを装着すると動作しない。ところが、オーバドライブプロセッサは問題なく動作するので、バスクロック周波数の66MHz化とあわせて、166MHzまでクロックアップが可能だ。詳しくは後述する。
　PC-9821Xnは、バスクロック周波数は60MHz固定だが、150MHz用ODPでクロックアップすることができる。実機では確認していないが、PC-9821Xa7より前に発売された製品であることから、やはり100MHz超のP54Cを装着すると動作しないのではないかと考えられる。

●クロックアップ不可能な機種：

PC-9821Af、Bf、Cf、Xf、An、Xa（初代）、Xt（初代）

　PC-9821Af、Bf、Cf、Xfは、60MHzのPentium（P5=初代Pentium）を搭載している。P5はバスクロック周波数とCPUコアクロック周波数が同じ品種しか存在しないため、クロック倍率を上げることはできない。また、マザーボードもクロックアップには対応していない。
　インテルからは、P5用のオーバドライブプロセッサ（バスクロック周波数の2倍で動作する）が発売されているが、同社が発表しているODPの装着可能機種リスト（http://www.intel.co.jp/jp/overdrive/p_nec.htm）にこれら機種は掲載されていない。動作しないことを確認したわけではないが、後述のPC-9821Xa（初代）の場合のように、動作上なんらかの不具合があるのではないかと考えられる。


　PC-9821Xa（初代）、Xt（初代）、PC-9821AnはP54Cを搭載している。ところが、オーバドライブプロセッサは使用できない。インテル社のリストにも掲載されていないし、NECから発売されているODPの対象機種にもなっていない。実際に、PC-9821Xa（初代）にODPを装着してみたが、Windows（3.1、95とも）の起動途中でハングするなど、安定した動作をしなかった。また、PC-9821Anに至ってはSocket5ではないため、ODPをソケットに装着することすらできない（写真1）。


写真1	P54Cの底面（左下側のピンは4列）	ODPの底面（左下側のピンは5列）

P54CよりODPのほうがピンが1列多い。増えているピンはODPの冷却ファンの電源。Socket5、Socket7はODPを挿入できるが、PC-9821Anが使用しているソケットには内側の1列がない。


　バスクロック周波数も、これらの機種では60MHzに固定されている。
　133MHz、166MHzのP54Cを筆者の手元にあるPC-9821Xa（初代）に装着する実験を行ってみたが、クロック倍率1.5倍のままでも正常動作しなかったので、後述のクロック倍率変更ソケットを使用しても、高速なP54Cに換装することはできないようだ。
　数年前、インテル社が486用のODPを発売したころ、新しいパソコンが発売されるときにはインテル社がODPに対応していることを試験するような制度があったはずなのだが、あの試験は果たして有効に機能していたのだろうか…。非常に疑問である。

●コアクロックとバスクロック
　さて、CPUの高速化を行うにあたって、まずPentiumの動作クロック周波数がどのように決定されるのかを理解しておく必要があるだろう。
　Pentiumの場合、クロック周波数には2種類ある。コアクロック周波数とバスクロック周波数である。
　普通、CPUの動作クロックと言ったときは、CPUコアの動作周波数を指すと考えて良い。演算ユニットや、CPUに内蔵されている1次キャッシュはこの周波数で動作している。当然のことながら、この周波数が高いほど処理が高速になる。
　もうひとつ、バスクロックというものがある。これは、CPUが外部のデバイス（セカンドキャッシュやチップセット、メモリ、I/Oなど）とデータのやりとりをするときのタイミングをとる基準として使われるクロックである。このクロックの周波数が高いほど、CPU外部とのデータのやりとりが高速になる。
　Pentiumの場合、CPUコアクロック周波数とバスクロック周波数の関係は、以下のようになる。

表1:コアクロック周波数とバスクロック周波数の関係

コアクロック 周波数	バスクロック 周波数	クロック倍率
75MHz	50MHz	x1.5
90MHz	60MHz	x1.5
100MHz	66MHz	x1.5
120MHz	60MHz	x2.0
133MHz	66MHz	x2.0
150MHz	60MHz	x2.5
166MHz	66MHz	x2.5
200MHz	66MHz	x3.0

　*　バスクロック周波数×クロック倍率＝コアクロック周波数
　*　バスクロック周波数の66MHzは、実際は66.66...MHzである。

この数字は半端なようだが、逆数をとるとクロックの
1サイクルが15nsというキリのいい数字になる。

●クロックアップのアプローチ
　前述のように、クロック周波数は2つのファクターにより決定される。つまり、クロックアップには次の2通りのアプローチがあるわけだ。

• バスクロック周波数を上げる方法
  
• クロック倍率を上げる方法
  

写真2:PC-9821Xa7のバスクロック設定スイッチ（SW2） CPUソケットのすぐ脇にある 　バスクロックの信号は、マザーボードからCPUに供給されている。これを変更（高速化）するには、マザーボードがそのように設計されている必要がある。 　PC-98シリーズのマザーボードは、PC-9821Xa7以降のデスクトップ機（'95年5月以降に出荷された機種）のほとんどで、これが変更できるようになっているようだ。 　PC-9821Xa7は、表1からわかるように、バスクロック周波数50MHzの状態で出荷されている。ところが、マザーボード上のジャンパスイッチを2ヶ所ショートするだけで、バスクロック周波数を66MHzに上げることができるように設計されている。 　一般的に、数年前のマザーボードでは必要なクロックと同じ周波数の水晶発振器を使用していたが、最近の機器ではPLL（Phase Locked Loop）と呼ばれる回路（IC）を使用して、発振周波数をプログラマブルにしている場合が多い。ちなみに、写真2のスイッチの左隣に写っている小さなICがPLL回路で、ここからCPUやチップセットにバスクロックが供給されている。

写真3:PC-9821Xa7（後期ロット）のクロック倍率設定スイッチ（SW3のパターンのみ） Cバススロットの下のフラッシュメモリの隣にある 　入力されたクロックを何倍してCPUコアを駆動するのかは、CPUの2本の設定用入力端子（BF0,BF1ピン）の状態で決定される。PC-98シリーズのマザーボードでは、機種（ロット）によりこれを設定できるようになっているものとなっていないものがある。 　筆者が確認している範囲で言えば、'95年5月に出荷されたPC-9821Xa7、Xa9、Xa10の初期ロットでは、この設定はできない（1.5倍固定）。ところが、途中のロットから、2倍の設定をするためのプリントパターンがつくようになった（写真3。ただし、ジャンパポストは実装されていないので、2倍設定にするにははんだづけが必要）。また、'95年8月に発売されたPC-9821Xa12では、2倍、2.5倍、3倍の設定が簡単に変更できるようなジャンパポストが実装されていた。 　すべてを確認したわけではないが、'95年8月以降に発売された機種の多くは、クロック倍率の変更が簡単にできるようになっていると考えられる。

　それでは、実際にクロックアップを行うにあたり、注意点なども交えて解説を行うことにする。

●バスクロックを66MHzにする

表2:PC-9821Xa7のバスクロック設定スイッチ

SW2 1-2 SW2 3-4 バスクロック周波数 SHORT SHORT 66MHz SHORT OPEN 60MHz OPEN OPEN 50MHz OPEN SHORT 33MHz

* PC-9821Xa7、Xa9、Xa10の初期ロットでは、SW2 1-2がSW2、SW2 3-4がSW3とシルク印刷されている。

　バスクロック周波数が66MHz未満の場合は、まず迷わずこれを66MHzに設定する。
　PC-9821Xa7のバスクロック設定スイッチの設定方法を表2に示す。66MHzにするには、SW2（写真2）の1-2と3-4の両方をショートする（ショートピンを差し込む）。
　もとからバスクロック周波数が66MHzの機種（PC-9821Xa10、Xa13、Xa16等）なら、この処置は必要ない。

●メモリのパリティに関する注意
　PC-9821Xa7、Xa9、およびPC-9821Xa10の非Windows95モデルで使用されているマザーボードでは、バスクロック33MHz、60MHz、66MHzの設定ではパリティチェックを行い、50MHzの設定のときのみメモリのパリティチェックを行わないように設計されている。PC-9821Xa7は出荷時にパリティなしのメモリを搭載しているので、このバスクロックを変更したときにはパリティありのメモリに交換する必要がある。
　ちなみに、'95年8月から'96年5月の間に発表されたPC-9821Xa*シリーズは、どのバスクロックでもパリティを使わないので、バスクロック周波数を変更してもメモリを交換する必要はない。余談になるが、このころは価格競争の激しい時代で、信頼性を犠牲にしても価格が重視される風潮があった。この時期、PC-98シリーズのほぼすべての機種がパリティなしになっていたこともあったが、96年後半頃からは上位機でECC対応になるなど、信頼性を確保するように改善されている。

●セカンドキャッシュに関する注意
　PC-9821Xa7は、出荷時はセカンドキャッシュを搭載していないが、クロックアップをするのであれば、セカンドキャッシュはぜひとも増設したい。このセカンドキャッシュは、バーストSRAMを使っているためかなり高価なのだが、アプリケーション使用時のベンチマークテストで20～30%程度の高速化が認められるほどの効果があるからだ。
　PC-9821Xa7用のセカンドキャッシュには256KBと512KBの2種類があるが、容量だけでなく、256KBはパリティなし、512KBはパリティありという違いもある。メインメモリのパリティチェックをする機種では、セカンドキャッシュにもパリティありが必要になる。つまり、バスクロックを66MHzにアップしたPC-9821Xa7にセカンドキャッシュを増設するときには、必ず512KBのものを選ばなければならないことに注意しなければならない。
　PC-9821Xa10のWindows95プリインストールモデルも標準ではセカンドキャッシュを搭載していないが、この機種はパリティチェックを行わないので、セカンドキャッシュを追加する場合、256KBのものを選んでも問題ないことを付記しておく。セカンドキャッシュ容量は、一般的なビジネスアプリケーションを使う場合、256KBと512KBとで効果に大きな違いは出にくいので、パリティなしが使える機種では256KBを選ぶほうが賢明（ハイコストパフォーマンス）だ。

●クロック倍率を変更する

表3:PC-9821Xa12のクロック倍率設定スイッチ

SW3 1-2 SW3 3-4 クロック倍率 OPEN SHORT x3.0 SHORT SHORT x2.5 SHORT OPEN x2.0 OPEN OPEN x1.5

* PC-9821Xa7、Xa9、Xa10の初期ロットにはない。後期ロットではSW3 1-2だけある。

　筆者のPC-9821Xa7は、写真3に示したように、クロック倍率を2倍にするためのプリントパターンだけ存在するマザーボードが使用されていた。
　どうやら、このパターンが存在するマザーボードであれば、100MHz超のP54Cが搭載できると判断して良いようだ。逆に、このパターンが存在しないマザーボードの場合、実際に100MHz超のP54Cを実装してみて、問題なく動作するかどうか調べなければならない。筆者が確認している範囲で、パターンが存在しないロットでも、166MHzのP54Cが問題なく動くものと、動かないものがあった。
　先にも述べたように、もし通常のP54Cが動かない場合でも、Pentiumオーバドライブプロセッサならば動作するので、不明な場合はODPを購入するほうが安全だろう。

　PC-9821Xa12以降の機種では、SW3が2個のジャンパスイッチになっていて、1.5倍、2倍、2.5倍、3倍の切換がショートピンを差すだけで変更できるようになっているようだ。
　これと同等のジャンパは、PC-9821Xa13/W、Xa16/W、Xa20/Wにも存在する。これについては「いまどきの９８」第２回で紹介しているので、参照して欲しい。

●ジャンパのない機種は… 　さて、筆者のマシンにはクロック倍率2倍用のパターンはあったが、2倍（133MHz）までしか使えないのではつまらないので、写真4のように、マザーボード裏面からCPUソケットの端子に配線を行って、DIP SWで任意の倍率に設定できるような改造を行った。ただし、この改造はCPUのピンピッチもかなり細かいので、かなりはんだづけに自信のある方以外にはお勧めできない。 　この改造をしたい場合は、IntelのWWWサーバでAcrobatフォーマットのデータシートが提供されているので、これをダウンロードすると良い。 　このデータシートのp.9 Figure 3にクロック倍率設定用入力端子（BF0、BF1）の位置の図が、p.22 Table 3にはBF0、BF1の状態とクロック倍率の一覧表が掲載されている。

写真4:PC-9821Xa7につけた倍率設定スイッチ

写真5:MTC-40001 クロック変換ソケット

●メルコ下駄を使う方法 　はんだづけによる改造をしたくない場合には、クロック倍率を変更できるソケット（ゲタ）を使えばよい。通称「メルコ下駄」と呼ばれている製品（MTC-40001）を使えば簡単だ。 　ただし、下駄を履いたぶんCPUの取りつけ位置が高くなるので、もとからついていた放熱器が使えなくなる。CPUクーラー付きのP54Cを使うとか、放熱器を伝熱性の両面テープで固定するなどの工夫が必要になるだろう。

写真6:MTSA-MX MMX Pentium用電圧変換機能も持った下駄

●MMX対応のメルコ下駄も発売されたが… 　ところで、メルコからは、同様のシリーズでMMX Pentium用に電圧変換機能も持った下駄（「MTSA-MX」）も発表されている。これをお借りして、PC-9821Xa7にMMX Pentiumを搭載する実験を行ってみたのだが、残念ながら正常には動作しなかった。正確には、MS-DOSやWindows95のSafeモードは（一見）問題なく動くのだが、通常モードのWindows95やWindows 3.1は起動の途中でハングしてしまった。Pentium搭載機は、起動時に、ITF（Initial Test Firmware…ハードウェアのチェックや初期化などを行うROM内ルーチン）でPentiumの未公開レジスタになにやら書き込みをしているのだが、その処理に問題があるのか、あるいはハードウェア的な問題なのか、原因はわからない。 　ちなみに、PC-9821Xa16/WのようにMMX Pentiumが使用できる機種でも、物理的な形状の問題でこの下駄は使用することができなかった。下駄についているレギュレータのヒートシンクと、CPUの横に実装されている電解コンデンサがぶつかってしまうためだ。もちろん、VRM搭載機種でMMX Pentiumを使いたければ、VRMを交換すれば良いだけの話なのだが。

コラム　～　オーバドライブプロセッサあれこれ ●ODPは最速でも166MHz 　P54C用のPentiumオーバドライブプロセッサ（以下ODP）には、最大動作周波数の違いにより、125MHz、150MHz、166MHzの3品種がある。'97年4月30日現在、200MHz品は用意されていない。なお、ODPはクロック倍率設定用の入力端子の状態によらず、常にクロック倍率2.5倍で動作するように設計されている。 ●インテルブランドとNECブランドのODPがある 　インテルブランドの製品には、PC-9821Xa7、Xa9、Xa10専用と称して、Nタイプというものが存在する。NECブランドのODPもあるが、特にPC-9821Xa7、Xa9、Xa10専用という区分けはなく、最大動作周波数別に3種類用意されているだけだ。 インテルの型番 JBOXPODP3V125、 JBOXPODP3V150、 JBOXPODP3V166 JBOXPODP3V125N、JBOXPODP3V150N、JBOXPODP3V166N（Nタイプ） NECブランドの型番 PC-9821-E04（125MHz）、E05（150MHz）、E06（166MHz） 　実際に、Nタイプと非NタイプのCPUIDなどを比べてみても、全く同じ値が返ってくる（ただ、CPUIDは機能的な差異がある場合でも変化しないことが多いようなので、あまりアテにはならないのだが）。また、133MHz以上のP54Cが動作しなかったPC-9821Xa9に非NタイプのODPを装着してみたところ、特になんの問題もなく安定動作していた。 　いったいNタイプというのはなにが違うのだろうか。もし、この違いについてご存じの読者がおられたら、ぜひお知らせいただきたい。 　また、ODPの動作対象機種はなぜか非常に少ない。インテルとNECで対象機種が若干異なっているのも不思議だ。 インテルの動作確認機種 PC-9821Xa7e、Xb10、Xn、Cb3/T、V7、V10 PC-9821Xa7、Xa9、Xa10（Nタイプのみ） * インテルは「動作保証」という表現はしていない NECが公表している対応機種 PC-9821Xa7、Xa7e、Xa9、Xa10、Xa13、Xb10、Xn、V7、V10 　このリストには載っていなくても、120MHz以上のP54Cを搭載した機種であれば、まず間違いなくODPが動作するだろう。ただ、アップグレードのコストパフォーマンスはあまり高くないかも知れないが。 ●MMX対応ODP 　米国ではすでにMMX対応ODPが発表されている。これを報じたPC Watchの記事によると、日本でも今年前半に発売されるとのことなので、入手できる日も近いだろう。 　ただ、従来のODP同様、販売戦略上の理由により、MMX対応ODPの最上位品も166MHzどまりである。それでも、P54Cの200MHz程度のパフォーマンスが期待できるので、手軽にアップグレードできることも考えるとそれなりに魅力的な製品と言えるだろう。

参考文献