PC-9821Ra43は本当に速いのか？Celeron 433MHzとPentium 133MHzのキャッシュOFF対決

Celeron 433MHzという~~25年前の~~高クロックのCPUを搭載した、PC-98シリーズ最終機種のPC-9821Ra43。
一方、PC-9821V13はPentium 133MHzと、クロックではRa43の約3分の1しかありません。

ところが最近、両機種でCPUキャッシュをOFFにして古いDOSゲームを動かしていたところ、
「Ra43の方が遅い？」と感じる場面がありました。

クロックでこれだけ差があるのに、なぜ「Ra43の方が遅い」と感じるのか？

そういう訳でキャッシュOFFという特殊条件で、Celeron 433MHzとPentium 133MHzのベンチマークを比較してみます。

※この記事は、測定結果に管理人の想像と趣味がスパイスとして加わっています。
　本気の実験というより、レトロPC趣味のタワゴトとしてお楽しみください。
　「レトロPC好きオッサンの夏の自由研究」です。

比較対象マシン紹介
- 比較対象マシンのスペック
ベンチマーク測定環境・条件
使用ベンチマークソフト一覧
ベンチマーク結果
- 各ベンチマークの実測値（表）
- 全体の傾向（倍率グラフ）
考察
おわり
謝辞
参考資料：全ベンチマーク詳細結果

比較対象マシン紹介

今回比較する2台はいずれもPC-9821シリーズのデスクトップモデルです。

比較対象マシンのスペック

項目	PC-9821Ra43	PC-9821V13
発売時期	2000年ごろ	1996年ごろ
CPU	Celeron 433MHz（P6アーキテクチャ）	Pentium 133MHz（P5アーキテクチャ）
CPUキャッシュ	L1: 32KB L2: 128KB（どちらもCPU内蔵）	L1: 8KB L2: 256KB（マザーボード実装）←取り外しました
チップセット	Intel 440FX	Intel 430FX（Triton）
メモリ構成	64MB（EDO DRAM パリティー有り）	64MB（EDO DRAM パリティー無し）
外観

※ちなみにPC-9821V13のセカンドキャッシュは抜いて測定しています

ベンチマーク測定環境・条件

今回の検証では、両機種とも以下のような条件をそろえてベンチマークを実施しました。

OS・基本構成

項目	設定内容
使用OS	MS-DOS 6.2（NEC版）
メモリ構成	64MB
起動方式	HDD内のDOSから起動
実行ドライブ	HDD
キャッシュOFF	HSB.EXE（フリーソフト）使用

CONFIG.SYSの設定

CONFIG.SYSは両方とも以下を使用します。

DEVICE=C:\TOOLS\HSB.EXE VC Y-
FILES=30
BUFFERS=10
SHELL=\COMMAND.COM /P
DEVICE=C:\DOS\HIMEM.SYS
DEVICE=C:\DOS\EMM386.EXE /UMB /T=A:\DOS\EXTDSWAP.SYS
DEVICE=C:\TOOLS\HSB.EXE VU2 T2 I26 Y2 X- Q
DOS=HIGH,UMB

キャッシュOFFの設定方法

使用ツール： HSB.EXE（フリーソフト）

OS起動後に以下のコマンドを実行して、CPUキャッシュをOFFに設定します。

HSB WI IC-

使用ベンチマークソフト一覧

使用ベンチマークソフトは以下になります。

ソフト名	作者・出典
力持ちCPU速度計	フリーソフト
CPUBENCHI Ver 0.98	フリーソフト
CPUBENCHI Ver 0.99C	フリーソフト
CPUCHK	I-O DATA
Inspact	I-O DATA
森ベンチ	MASL（フリーソフト）
ちゃちゃベンチ	MASL（フリーソフト）

ベンチマーク結果

各ベンチマークの実測値（表）

各ベンチマークの実測値を以下表にまとめました。
また、実測値以外に「倍率」と「勝敗」という項目を付け足しています。

倍率：V13のスコア ÷ Ra43のスコア
勝敗：Ra43とV13どちらの方がスコアが高いか

ベンチマーク	Ra43 （Celeron 433MHz）	V13 （Pentium 133MHz）	倍率（V13 / Ra43）	勝敗
力持ちCPU速度計 CXLOOP/sec	39	30	0.77	Ra43
力持ちCPU速度計 INT21h/sec	543	740	1.36	V13
CPUBENCHI Ver0.98 (PC9801比)	6.04	19.63	3.25	V13
CPUBENCHI Ver9.9C (PC9801比)	6.09	19.83	3.26	V13
CPUCHK 速度 (80286-10MHz比)	1.09	2.27	2.08	V13
CPUCHK 数値演算 (80287-10MHz比)	11.65	7.59	0.65	Ra43
Inspact （プロセッサ）	1330	2920	2.20	V13
森ベンチ（枚/秒）	7.7	34.9	4.53	V13
ちゃちゃベンチ（往復/10秒）	42	194	4.62	V13

※実際の結果スクショは "参考資料：全ベンチマーク詳細結果" に記載します

全体の傾向（倍率グラフ）

下のグラフは上の表の倍率（V13のスコア ÷ Ra43のスコア）をグラフにしたものです。
数字が 1.00 なら「ほぼ同等」、1より小さければRa43が速く、1より大きければV13が速いという意味です。
なおグラフでは、

青：Ra43の方が速い（1未満）
赤：V13の方が速い（1以上）

という色分けをしています。

今回の結果を見ると、ほとんどのベンチマークでV13（Pentium 133MHz）がRa43（Celeron 433MHz）を上回る傾向がありました。
一方、Ra43が優位なのは数値演算(浮動小数点)など一部のCPUコア性能依存と思われるベンチだと思われます。

考察

なぜキャッシュOFF時にPentium 133MHzの方が優勢になるのか

おそらく、Pentium 133MHz（V13）からCeleron 433MHz（Ra43）の間に組み込まれたCPUの新機能がキャッシュをOFFにするとにより、ほぼ全てが空振りに終わり、Pentium 133MHz（V13）の方がよいスコア結果になるんだろうなとは思いましたが、詳細は分からなかったので、ChatGPT先生（ver5課金済み）に聞いてみました。

あっているかどうかは自分ではわかりませんが、それらしい回答をいただきました。

メモリアクセスの律速効果

キャッシュをOFFにすると、CPUはすべてのデータをメインメモリから読み書きする必要があります。
Pentium 133MHz（V13）もCeleron 433MHz（Ra43）もメモリクロックはほぼ同じ66MHzですが、古いP5アーキテクチャのPentiumは単純構造のため、待ち時間中の無駄が少なく、結果的にメモリアクセス主体の処理では有利になります。

アーキテクチャの違い（P5とP6）

V13のPentium 133MHzは「P5」世代、Ra43のCeleron 433MHzは「P6」世代です。
P6はパイプラインが深く、投機実行など高度な機能を持ちますが、キャッシュOFFではその性能が活かせず、むしろメモリ待ちが多くなる分だけ効率が落ちます。

Ra43（Celeron 433MHz）のキャッシュOFF傾向

今回の結果では、多くのベンチマークでV13がRa43を上回りました。
Ra43が勝てるのは数値演算(浮動小数点)など「CPUコア性能だけ」で勝負できるテストに限られ、メモリアクセス主体の処理ではP5アーキテクチャのV13が有利という傾向がはっきりしました。
つまり、キャッシュOFF状態では、P6世代の利点が消え、むしろ古いP5世代の方が効率よく動く場合がある、という意外な結果になりました。

以上ChatGPT先生のコメントでした。
正しいかどうかは...わかりません...