IchigoJam(Rではない)の除算は遅いか？

検証内容

IchigoJam R で使われているGD32VF103CBT6には除算命令があるが、
IchigoJam で使われているLPC1114FN28/102やLPC1114FDH28には除算命令が無い。
ということは、RではないIchigoJamでの除算はソフトウェアで計算しなければならず、遅いか？

※「RではないIchigoJam」にはIchigoJam PC、IchigoJam ap、IchigoJam RPi、IchigoJam webもあるが、ここでは扱わない

検証方法

IchigoKamuy (1.4.1、VER()=14114) および IchigoJam R (1.5b、VER()=15001) において、
ビデオ出力をオフ(VIDEO0)にし、以下のプログラムで各演算子の計算にかかる時間を調べた。

10 ' ｴﾝｻﾞﾝｼ ｿｸﾄﾞ ﾃｽﾄ
20 INPUT"B=",B
30 INPUT"C=",C
40 CLT:FORI=1TO30000:A=B*C:NEXT:T=TICK():?"*",T
50 CLT:FORI=1TO30000:A=B/C:NEXT:T=TICK():?"/",T
60 CLT:FORI=1TO30000:A=B%C:NEXT:T=TICK():?"%",T
70 CLT:FORI=1TO30000:A=BMODC:NEXT:T=TICK():?"MOD",T
80 CLT:FORI=1TO30000:A=B<<C:NEXT:T=TICK():?"<<",T
90 CLT:FORI=1TO30000:A=B>>C:NEXT:T=TICK():?">>",T
100 CLT:FORI=1TO30000:A=B&C:NEXT:T=TICK():?"&",T
110 CLT:FORI=1TO30000:A=B^C:NEXT:T=TICK():?"^",T
120 CLT:FORI=1TO30000:A=B+C:NEXT:T=TICK():?"+",T
130 CLT:FORI=1TO30000:A=B-C:NEXT:T=TICK():?"-",T
140 CLT:FORI=1TO30000:A=B|C:NEXT:T=TICK():?"|",T
150 CLT:FORI=1TO30000:A=B=C:NEXT:T=TICK():?"=",T
160 CLT:FORI=1TO30000:A=B!=C:NEXT:T=TICK():?"!=",T
160 CLT:FORI=1TO30000:A=B<>C:NEXT:T=TICK():?"<>",T
170 CLT:FORI=1TO30000:A=B<C:NEXT:T=TICK():?"<",T
180 CLT:FORI=1TO30000:A=B>C:NEXT:T=TICK():?">",T
190 CLT:FORI=1TO30000:A=B<=C:NEXT:T=TICK():?"<=",T
200 CLT:FORI=1TO30000:A=B>=C:NEXT:T=TICK():?">=",T
210 CLT:FORI=1TO30000:A=BANDC:NEXT:T=TICK():?"AND",T
220 CLT:FORI=1TO30000:A=BORC:NEXT:T=TICK():?"OR",T

実験結果

それぞれの環境において1回測定した結果、実行時間(TICK()の値)は以下のようになった。

演算子	IchigoKamuy B=8765:C=4321	IchigoKamuy B=30000:C=2	IchigoJam R B=8765:C=4321	IchigoJam R B=30000:C=2
*	2556	2557	414	414
/	2565	2577	416	416
%	2569	2582	416	416
MOD	2576	2588	417	417
<<	2555	2556	414	414
>>	2552	2552	414	414
&	2545	2544	412	412
^	2547	2547	413	413
+	2578	2579	418	417
-	2582	2582	418	419
|	2588	2587	419	419
=	2605	2605	421	421
<>	2614	2615	423	423
<	2627	2626	424	424
>	2632	2632	426	426
<=	2623	2623	424	424
>=	2629	2629	425	425
AND	2643	2643	427	427
OR	2655	2656	428	428

また、以下のプログラムを用いて演算子の計算以外の部分にかかる時間を1回測定した。

CLT:FORI=1TO30000:A=B:NEXT:T=TICK():?T

その結果、TICK()の値はIchigoKamuyでは2297、IchigoJam R では370となった。
この値を引き、演算子の計算のみの時間に近づけた実行時間は、以下のようになった。

演算子	IchigoKamuy B=8765:C=4321	IchigoKamuy B=30000:C=2	IchigoJam R B=8765:C=4321	IchigoJam R B=30000:C=2
*	259	260	44	44
/	268	280	46	46
%	272	285	46	46
MOD	279	291	47	47
<<	258	259	44	44
>>	255	255	44	44
&	248	247	42	42
^	250	250	43	43
+	281	282	48	47
-	285	285	48	49
|	291	290	49	49
=	308	308	51	51
<>	317	318	53	53
<	330	329	54	54
>	335	335	56	56
<=	326	326	54	54
>=	332	332	55	55
AND	346	346	57	57
OR	358	359	58	58

今回実験を行った2種類の入力値について、ほとんどの演算子で実行時間の差は1以下であるが、
IchigoKamuyにおける/、%、MOD演算子では実行時間の差が12～13と大きくなっている。
これは、IchigoKamuyにおいては除算をソフトウェアで実行しており、
そのアルゴリズムの完了までの時間が入力値によって変わるためであると考えられる。

一方、IchigoJam Rでは、除算の演算子でも今回の2種類の入力値においては実行時間の差が出ていない。
これは、実行時間が入力値の影響を受けないハードウェアで除算が実行されているためであると予想できる。

なお、実行時間が入力値によって変わるものの、
予想に反し、RではないIchigoJamにおいても除算は遅くないことがわかった。
除算にかかった時間は加算や減算と同程度であり、比較の方がかかる時間が長いという結果になった。

結論

RではないIchigoJamにおいては除算にかかる時間は入力値によって変わることがあるが、
IchigoJam R においては除算にかかる時間が入力値によって変わらないと予想できる。

除算命令が無いCPUを用いているRではないIchigoJamにおいても、
除算演算子の処理は他の演算子と比べて特別遅いわけではなく、除算より処理時間が長い演算子も多い。

おわりに

• IchigoJamはjig.jpの登録商標です。
• IchigoKamuyは株式会社syushuの登録商標です。