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ＰＣ−９８０１ＢＸ３改造講座
PC-9801BX3の高速化
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なお、質問に関してはできる限り何らかのレスポンスをお答えするつもりですが、返事の大幅な遅れや返答不可能なことがありました場合はご容赦ください。
この機種は９５年発売のNEC PC9801アーキテクチャのビジネスユース機です。まず、特徴なのは、初代9801〜E,F番を彷彿とさせるようなメインスイッチの位置。本来の9801ではメインスイッチやリセットスイッチ、ディップスイッチがあるべき一段奥まったスペースがBX3には存在せず、５インチベイにCDROMドライブを収納して使用すると、ちょうどキーボードのＶＦキーにトレイが当たってしまうという車高の低さ（笑）。それによってなされた小型なメインボードが印象的です。ベースクロック33MHz、80486SXをソケット３に搭載し、SIMMソケットを２つ持っていて、公称では64MBまで増設可能です（ただし、これ以上いくかどうかは試していません。今度試そうかと思っていますが・・・）。拡張スロットは３つ、私のものはHDDは非搭載のモデルで、フロッピーディスクはFD1148Tというアクセスランプが赤のものが２台ついています。9821無印やCe2についている1137Tと同じようにとても静かです。うちの場合はファンの音が大きいため、本体に耳を付けないと聞こえないくらいの音です。
ちなみに、うちのBX3は、製造番号5850047ZAで、95年8月あたりの製造だと思われます。
おそらく、画像(EGC)周りが最適化されており、早いです。
そうそう、EGCってのは、98シリーズの描画回路の大きな特徴で、こいつを使ってスプライト処理を行うドライバーなんかを出している方もいます。
性能向上、高速化改造を施したBX3の内部を上から見た写真です。
ペンティアムODPのPODP5V83がソケット３に刺さっています。
Ｃバスから基盤を通してつながっている後ろの箱のようなものが拡張Ｃバススロットです。
これのおかげで拡張スロットは５個に増えています。
性能向上、改造のミソとなるのはベースクロックアップ、ＣＰＵ倍率アップあたりを焦点とし、Ｃバスの増設、記憶媒体の強化、メモリーの強化でしょう。ここで大切なのは、あくまでもＤＯＳ環境、Windows環境をはじめとするあらゆる状況での使用に耐えうるものである必要があるべきだということです。
私とＢＸ３の出会いは本当に偶然なものでした。私がＳＵＢＯＰをしていた某ＢＢＳのホストマシンが当時、４８６−４０化した９８２１modelＳ１であり、Ｃバスが２つしかなく、高速ＲＳ２３２Ｃボードを２枚付けてしまうと、もう、ＳＣＳＩボードをつけれない、かといって、内蔵ＳＣＳＩは５５ボード相当・・・ということで、ちょうど知り合いの持て余していたＢＸ３と交換したのが今のマシンとの出会いでした。その後、ホストマシン高速化のため、ＤＸ４を５Ｖソケットで無理矢理動かしていましたが、とうとうそのＢＢＳが閉局することになってしまい、ＣＤ−Ｒメディア２０枚でＳＹＳＯＰから譲り受けて私の手元にきました。
ま、ＳＹＳＯＰの配慮でＣＯＮＮＥＲの８００メガのＨＤＤを付けていただいていましたが、それがお亡くなりになり、その代わりの１．６ＧＢのウエスタンもお亡くなりになり、とうとうＩＢＭの３．２＋４．３ＧＢとなっています。
なにをするかですね、いちおう、何でもしたい、Windowsで考慮されることを一応こなしたいということを目的にしてみます。
まず、手元にあるボードを眺めてみます・・・
うちの場合はＬＡＮカード、ビデオキャプチャーカード、ＭＩＤＩインターフェイスカードを始めとする数々のＣバスボード・・・
まぁ、ＳｕｐｅｒＭＰＵ−ＭＩＤＩインターフェイスボードはシリアルＭＩＤＩで代用してあきらめるとしても、ＳＣＳＩカード、ビデオカード、ビデオキャプチャーカード、ＬＡＮカード、８６音源をつけることは、必要事項でしょう・・・。
ここで、困ったのはＣバスは３スロット・・・Ｃバスボードは最低でも５つは付けたい・・・。ここでキーとなるのはコンピューターテクニカのキャンビー用Ｃバス拡張ＢＯＸ。こいつはＢＯＸ本体を支える足の長さを調節してやれば十分ＢＸ３にも使えます。ＢＸ３の電源もこれくらいの供給なら耐えられそうです。ミソは動作が安定しないとコンピュータの生死に関わるＳＣＳＩボードとシビアな８６音源は本体のスロットに付けることにしましょう。
Winsowsを動かすに際して、ＨＤＤ等の性能も向上させましょう。また、ＭＯ、ＣＤ−Ｒ等の大容量リム−バブルメディアも必須でしょう。
紆余曲折がありましたが、とりあえず、ＨＤＤは、３．２Ｇ＋４．３Ｇ＋５４０Ｍ＋１７０Ｍ、１６倍ＣＤ、２×６ＣＤＲ、ＤＡＴストリーマを付けました。
注意すべきところは、ＢＸ３のＩＤＥはスレイブを許可していない、４．３Ｇ以上は認識しないという点でしょうか。
ここで、この類のマシンのセットアップで重要なことは、「なにをどのようにしたら目的により効果的に接近できるか」ということを理論的に考えることでしょう。つまり、むやみに１部分だけをパワーアップしても他の部分が遅いために頭打ちになって思ったような効果が望めないというようなことをさけるべきです。
たとえば、普通、１番最初にやるべきことはメモリー増設です。基準としては６４ＭＢ以下のメモリーのマシンならば、ＣＰＵのアップグレードよりメモリー増設の方が遙かに効果的でしょう。計算をアルゴリズムの主としたエンコーダーの類は別として、普通のアプリケーションにおいてＣＰＵ演算での速度上昇よりメモリー増加によるスワップ防止の方が効果的と思います。 ここでは、予算の関係もあり、冒険はできないので、ＮＥＣの保証する最大値、６４ＭＢまで増設します。これは、普通のノンパリＳＩＭＭでＯＫです。
でも、Ｃバスに付けるメモリーは絶対付けちゃだめです。ええ。あれは２８６時台の苦肉の策だと思ってください。あれは遅いんで・・・
ここからの性能向上は、以下の知識を持っていることを前提とします。
まず、考え得る可能な方法は以下の３つでしょう。
１．486系CPU乗せ変え
共通特徴：いわゆる80486系ですね。内部、外部ともに３２ビットで駆動できます。
386のように外部１６ビットじゃないところが◎でしょう。（笑）
いろいろなレパートリーがありますし、互換CPUもたくさんあります。
Intel：
とりあえず、これを基準に話を進めましょう。
おそらく、一番安全パイ。電圧（後述）さえあわせれば（？）必ず動く。
電圧があわなくても放熱さえさせれば動くときもあるくさい。
内部３倍速設定までの速さならばとりあえずおすすめ。
AMD：
特にこれと言った長所が目立つわけではないが、入手しやすい
5x86-133には４倍速設定がある。これ、重要ね。
キイハナ（聞いた話）ではAMD5x86-133ADZは、クロックアップに強いらしい。
133MHzでPレート75らしい。
Pレートっていうのは同速度のPentiumプロセッサのクロック周波数のことですね。
Syrix：
CPUアクセラレータViperシリーズに積んでいた486SLCで有名ですね。
本体とのマッチングがとれたときのパフォーマンスは３社中ダントツと名高い
驚異的に早いらしいが、入手困難。４倍設定のものは見たこともない。
手元にはかろうじて2.5倍設定のものが・・・
133MHzでPレート100らしい。
２．PENTIUM系CPU乗せ変え
共通特徴：当然、４８６系の同クロックどのCPUよりも早い。
５Ｖソケットでそのまま使用可能（ゲタ不要）。
Intel PODP6?：
PODP83があるのならば意味はないでしょう。
Intel PODP83：
内部2.5倍クロックのPentiumODPです。
ノーマルのままでは外部クロックアップ耐性はあまり強くないようです。
特徴としては浮動小数点計算はAMD5x86-133ADZより早い。
ただし、整数演算はクロックの差が響くようで、AMD5x86-133ADZより遅い。
きっとベース40MHzで動かすと浮動、整数ともにAMD5x86-133ADZより遅いでしょう。
ヒートシンクのファンを取り外すと１倍動作するという裏技的使い方がある。
３．ソケット３＞ソケット５への変換ソケットを使う
これは、存在の噂だけは聞くのですが・・・、見たことありません。もしできたとしたら、楽しいでしょうな。
私は、「ぺんてぃあむ」という文字列にコンプレックスがあったので、ベースクロックアップ後の速さを考えるとおそらく不利だと考えられたにもかかわらずPODP83を選びました。
上段左よりIntelDX4-100,Syrix5x86-80GP,Syrix5x86-100(ゲタ付き),IntelPODP5V-83
下段左よりIntel80486SX-33,Intel80486DX-33,Intel80486DX2,Intel DX4ODP5V-100
さて、具体的な方法ですが、まずCPUにかける電圧（コア電圧）設定です。
BX3のソケット３に供給されている電圧は5V固定です。当然、AMD5x86等の3.3V品を付けたらCPUは壊れます。（実際は動かないだけということが多いが、本当に壊れる可能性は十分あるので気を付けてください）
そこで、３倍速以上のCPU購入の際に電圧降下ゲタも買っておきます。CPUの倍率設定もできるゲタがあるのでそういうのを買っておくとＯＫです。・・・DX2って何Ｖだったっけ？
ここでおすすめはAMD5x86-133ADZです。今でも十分手に入ります。そのままでも33MHzの４倍で133MHzで駆動し、DOSでの速度ならば（特にＥＧＣ描画ならば）Xa7あたりには張り合えます。また、486SXの時に比べれば違うマシンに見えます。また、後述する外部クロックアップを行うことも考えるとPODP83よりおそらく早いです。
ここまでの改造でWindows95は十分実用速度で動くようになったはずです。２倍速のCD-R書き込みにも耐えられます。デコーダを選べばMP3も再生できます。
あ、そうそう、コプロの乗ったＣＰＵ（486SX以外）を刺すときはソケット近くのジャンパーを「ｏｔｈｅｒ」側にしましょうね。（説明書に書いてあるけど）
ま、俗に言う、ベース（外部）クロックアップですね。
念のためですが、ベースクロックというのは、ＣＰＵと他の部品を行き来する情報のやりとりの早さを司るクロック信号です。それに対して、俗に内部クロックというのは、ＣＰＵ内部のクロック信号ですね。ついでに言うと、３倍速設定のＣＰＵというのは内部クロックがベースクロックの３倍（３倍周）の早さになるように設定されているＣＰＵということです。
さて、ＢＸ３の場合の具体的な改造方法（ここから先は「改造」という言葉を使います）ですが、改造自体はそんなに難しいものではありません。ま、当然、今はやりの自前ＰＣの組立ほど楽ではありませんが、改造作業だけなら特に特別な機器が必要なわけではありません。
ま、さしあたって用意しておく道具は、はんだごて（なるべくならセラミックヒーターのもので、こて先は細いものにしておくと楽）、細いハンダ、デジタルテスター、今回は使いませんが、ハンダ取りなどもあるとよいでしょう。
まず、ＢＸ３のベースクロックは、幸いにしてタイマー、キーボード、シリアル等のシンクと完全に独立しています。つまりＤＡやＦＡの改造のようにクロック分離改造をする必要がないということです。
余談ですがＢＸ３は画像周りが他機種に比べて早い気がします。また、外部クロックアップによる描画高速化の効果も大きい気がします。やはりＥＧＣの接続方法に差があるのでしょうか？
ある方から聞いた話では、クロックアップ効果が出にくいものはＣバス接続、BX3のような機種はローカルバス接続だという話なのですが、あ、いや、そこら辺の接続図が家の中にある本に書いてあったような・・・青本かな？
さて、話題を戻して・・・
具体的なターゲットは、基盤前部のソケットの左にある「2028DSC-27」というICです。すべてのＢＸ３がこの位置にあるかどうかは確認できていませんが、私のＢＸ３ではＣＰＵの左側、SIMMソケットの左後方にありました。
この「2028DSC-27」というのがクロックジェネレータになっています。
こいつがメインボードに66MHzを供給してて、メインボードでは、これを１／２（２分周）してベースクロックとして使っているわけですから、その供給している線を断ち切って代わりにクリスタルオシレーターやPLLを使って作り出したクロックを供給するようにすればBX3のベースクロックはこちらの思うつぼとなるわけですね。
私は金属パッケージのクリスタルオシレーターを使いましたので、それを前提に話を進めます。
実物は左の図のようなものです。
図は改造済みのため、１０番ピンが足上げされて、１０番ピンがくっついていたランドにはクロック導入用の配線がなされています。
１０番ピンのくっついていたランドからのびている黒い線が66MHzのクロックを出しています。
余談になりますが、このICはBX2でも使われており、14,15,17番ピンの電圧状態によって１０番ピンから出力するクロックを変えます。14,17のみがGND、すなわち１５番ピンを足上げすればクロックダウンできます（笑）
実際の改造で用意する部品は、まず、クリスタルオシレーター数個、70MHzから85MHzあたりのものを探しました。具体的には70MHz,80MHz,82MHzが見つかりました。それから、これらのオシレーターを簡単に入れ替えることができるようにソケットを用意しようと思い、１４ピンのIC用のソケットを購入しました。あと、配線のための細いリード線ね。
下準備として、コンピュータ内の+5VとGNDを探します。特に、GNDは、必ずメインボード上からとってください。このときにデジタルテスタが活躍します。私は面倒くさかったので、一番後方のディスプレイ出力のコネクターの枠の付け根でGNDを取り、電源から5Vを取ってすましてしまいました。ただし、人によっては+5VもGNDもメインボード上からとったほうがいいと言う方もいます。どうなんでしょう。
さて、+5V、GNDを探し当てたところで、2028DSC-27の66MHz（１０番ピン）の代わりに本体にクロックを供給するための発振装置を作ります。
ここで、考えなければいけないのは、当然、このクロックは後から取り替えることができなければいけません。どれくらい高い周波数まで基盤が耐えてくれるのかは試行錯誤ですから、そのたびにオシレーターをハンダ付けしたり取ったりではたまったものではありません。
そこで14ピンのICソケットの登場です。長方形のオシレーターを買ってオシレーターの左下の黒い丸印の真下の足をICソケットの１番ピンに差し込むと、ちょうど、ICソケットの１ピン、７ピン、８ピン、１４ピンの部分にそれぞれNonConnect、GND、Clock、+5V(INPUT)の足が刺さります。
とりあえず、NCは普通無接続なので無視しておいて、GNDと+5Vにあたるソケットの足と、先ほど見つけておいた基盤上のGND、+5Vをリード線を使って接続します。
この次がちょっと細かい。2028DSC-27の１０番ピンのランド（上の赤っぽい写真で、怪しい黒い線がくっついていたところ）から2028DSC-27の１０番ピンを引き離します。これで、2028DSC-27からの66MHzは供給されなくなります。方法は、ハンダを溶かしておいてすかさず安全ピンやまち針のようなもので2028DSC-27の１０番ピンを持ち上げます。で、後に変なところに不慮の接触をしないように何らかの処理しておきます。で、2028DSC-27の１０番ピンが乗っていたランドとオシレーターのソケットのClockピンをリード線でつなぎます。
言い忘れましたが、リード線の長さにはあまり神経質にならなくても良さそうです。少なくても常識的な長さだったら害はなさそうです。
ちなみに、オシレーターの入出力は、黒い丸印があるところのピンをICソケットの１番ピンと対応させたとき、１番ピンはNonConect（無接続）、７番ピンに当たるピンがGND、８番ピンが出力、１４番ピンが+5Vです。
あ、ICのピンの数え方はわかりますよね、欠けていたりマークがあるところを基準にして反時計回りに１，２，３・・・です。
ところで、結果から言ってしまうと一発で「ぴぽっ」と音がしてくれるのはAMD5x86およびPODPなどを乗せている場合で80MHzくらいが限界でしょう。つまり、ベース４０MHzですね。しかも、PODPはWindowsでは実用にならないほど不安定・・・。このことについては次の章で説明します。
前章の改造を行い、いざスイッチを押してみると動かない・・・なんてことはざらです。
あ、もちろん、7OMHzのオシレーターを刺しても動かないっていうのはほぼ配線の間違いでしょう。しかし、たとえばPODP5V83を付けている状態で80MHzのオシレーターを刺しますとおそらく非常に不安定な状態になります。うちはそうでした。
ここで考えられる対策は、
１．ＣＰＵの放熱を強化してみる。
２．メモリーのアクセスタイムが早いものに変えてみる（あまり効果ないと思う）
３．メインボードへの５Ｖの電源電圧を５．２５Ｖあたりまで上げる。
４．ＣＰＵに供給される電圧を上げてみる。
というようなことが考えられます。ちなみに、見出し番号の数が大きいほうはデンジャラス度１２０％です。
私の場合に限れば、CPUはPODP5V83、計算上の内部クロックは４×2.5＝100MHz。
症状としてはWindowsでメモリーエラーが出まくってタスクがどんどん落ちる。フリーズはしないが、致命的なプログラムがKILLされてしまう。
ヒートシンクはほとんど過熱しておらず、熱暴走だとは思えない。
あるお方から、「メモリーでの頭打ちってことはほとんどない」と聞いていた。
ところで、このODPはファンを取り外すと１倍で駆動する仕組みになっている。そこで、ファンをはずすと正常に動く。
ということは、おそらく、CPUが高クロックで動いているせいで中のロジックが何らかの不都合をおこしているせいであろう。
そこで、PODPはそのレギュレーターの正面から見て一番手前の足を切断するとコア電圧が4.09Vあたりまで上昇すると聞いてやってみました。
私の場合は幸運にもこれで問題は解決され、とても安定して動きました。CDRも書き込めていますし、３日４日動かし続けてもびくともしません。
ここで、注意してください。これは、むしろ幸運だったと考えるのがいいでしょう。この手の改造はあまりおすすめできませんし、そのとき成功しても、１〜２時間動かした後、完全に沈黙してCPUが死んでしまうことも考えられます。あくまでも、「賭」の要素が大きいのです。
どっちにしろ、これでPC-9801BX3は、立派な”ウインドウズマシン”になって、今でもメインコンピュータとしてがんばっています。
x68000用のアナログジョイスティック（SyberSTIK)をつなげてGS2000をやれば、らくらく動きます。
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