FreeDOS 的 16 种颜色的由来

如果你仔细了解过 FreeDOS，你可能已经注意到文本使用有限的颜色范围 —— 16 种文本颜色和 8 种背景颜色。这类似于 Linux 显示文本颜色的方式 —— 你或许能够在 Linux 终端中更改 文本颜色，但你仍然只能使用 16 种文本颜色和 8 种背景颜色。

DOS 文本有 16 种颜色和 8 种背景颜色（吉姆·霍尔，​​CC-BY SA 4.0​​）

为什么文本只能使用这些有限的颜色显示，为什么 FreeDOS 使用这些颜色和阴影，而不是其他颜色？

答案就像技术中的许多事情一样，历史原因。

PC 色彩的由来

为了解释为什么文本只有 16 种颜色，让我给你讲一个关于第一台 IBM 个人计算机的故事。这个故事的部分内容可能有些杜撰，但基本内容已经足够接近。

IBM 于 1981 年发布了个人计算机Personal Computer 5150（“IBM PC”）。该 PC 使用了一个简单的监视器屏幕，以绿色显示文本。由于此显示器仅适用于一种颜色，因此被称为 单色monochrome（“IBM 5151 单色显示器”，搭载 IBM 单色显示适配器Monochrome Display Adapter，即 MDA）。

同年，IBM 发布了 PC 的更新版本，带来了惊人的技术成就 —— 颜色！新的 IBM 5153 彩色显示器依赖于新的 IBM 彩色图形适配器Color Graphics Adapter（CGA）。正是由于这个原始的 CGA，所有的 DOS 文本都继承了它们的颜色。

但在我们讨论那一部分之前，我们首先需要了解一些关于颜色的东西。当我们谈论计算机屏幕上的颜色时，我们谈论的是混合 三原色（红色、绿色和蓝色）的不同值。你可以将不同级别（“亮度”）的红光、绿光和蓝光混合在一起，以创建几乎任何颜色。混合红色和蓝色光，你会得到洋红色。混合蓝色和绿色，你会得到青色或浅绿色。均匀地混合所有颜色，你会得到白色。没有任何浅色，你会看到黑色（没有颜色）。

混合红色、绿色和蓝色光以获得不同的颜色（吉姆·霍尔，​​CC-BY SA 4.0​​）

IBM 5153 彩色显示器通过在阴极射线管cathode ray tube（CRT）上点亮微小的红色、绿色和蓝色光点来向用户呈现颜色。这些小点排列得非常紧密，并以红色、绿色和蓝色的三色点组成一个“像素”的模式排列。通过控制同时点亮哪些荧光点，IBM 5153 彩色显示器可以显示不同颜色的像素。

每个红色、绿色和蓝色三元组都是一个像素（吉姆·霍尔，​​CC-BY SA 4.0​​）

顺便说一句，即使是现代显示器也使用这种红色、绿色和蓝色点的组合来表示颜色。现代计算机的不同之处在于，每个像素都使用红色、绿色和蓝色 LED 灯（通常并排排列），而不是微小的荧光点。计算机可以打开或关闭每个 LED 灯，以混合每个像素中的红色、绿色和蓝色。

每个红色、绿色和蓝色三元组都是一个像素（吉姆·霍尔，​​CC-BY SA 4.0​​）

定义 CGA 颜色

IBM 工程师意识到他们可以通过混合红色、绿色和蓝色像素来显示多种颜色。在最简单的情况下，你可以假设单个像素中的每个红色、绿色和蓝色点要么“开”，要么“关”。正如任何计算机程序员都会告诉你的那样，你可以将“开”和“关”表示为二进制 —— 1（1 = 开）和 0（0 = 关）。

用 1 或 0 表示红色、绿色和蓝色意味着你可以组合多达八种颜色，从 000（红色、绿色和蓝色都关闭）到 111（红色、绿色和蓝色都打开）。请注意，位模式类似于“RGB”，因此 RGB=001 是蓝色的（只有蓝色是打开的），RGB=011 是青色的（绿色和蓝色都打开了）：

但这只是最简单的情况。一位特别聪明的 IBM 工程师意识到，只需再添加一点，你就可以将颜色数量从 8 种颜色增加到 16 种。因此，我们可以使用像 iRGB 这样的位模式，而不是像 RGB 这样的位模式。我们将把这个额外的“i”位称为“强度”位，因为如果我们将“强度”位设置为 1（开），那么我们将在全亮度下点亮红色、绿色和蓝色；如果“强度”位为 0（关闭），我们可以使用一些中级亮度。

有了这个简单的修复程序，现在 CGA 可以显示 16 种颜色！为了简单起见，IBM 工程师将高强度颜色称为常规颜色名称的“明亮”版本。因此，“红色”与“亮红色”配对，“洋红色”与“亮洋红色”配对。

哦不，等等！这实际上不是十六种颜色。如果你注意到 iRGB=0000（黑色）和 iRGB=1000（亮黑色），它们都是相同的 黑色。没有颜色可以“亮”，所以它们都是普通的黑色。这意味着我们只有 15 种颜色，而不是我们希望的 16 种颜色。

但 IBM 有聪明的工程师为他们工作，他们意识到如何解决这个问题以获得 16 种颜色。IBM 实际上没有实现直接的 RGB 到 iRGB，而是实现了 类 iRGB 方案。随着这一变化，IBM
为每个光点设置了四个亮度级别：完全关闭、三分之一亮度、三分之二亮度和全亮度。如果“亮度”位被关闭，那么每个红色、绿色和蓝色光点将以三分之二的亮度点亮。如果你打开“亮度”位，RGB
颜色中的所有 0 都将以三分之一的亮度点亮，而所有 1 都将以全亮度点亮。

让我用另一种方式向你描述这一点，使用 Web 颜色代码表示。如果你熟悉 HTML 颜色，你可能知道你可以使用 ​​#RGB​​ 表示颜色，其中 RGB 表示红色、绿色和蓝色值的组合，每个值都在十六进制值 0 到 F 之间。因此，使用 IBM 修改后的 iRGB 定义，iRGB=0001 是 #00a（蓝色），iRGB=1001 是 #55f（亮蓝色），因为对于高亮度颜色，RGB=001 中的所有零点都以三分之一的亮度点亮（0 到 F 刻度上的“5”左右），RGB=001 中的所有零点都以三分之二的亮度点亮（0 到 F刻度上的“A”）。

有了这些颜色，我们终于完成了！我们拥有从 iRGB=0000（黑色）到 iRGB=1111（亮白色）以及介于两者之间的所有颜色的全光谱。就像彩虹般的颜色，这很漂亮。

除了……不，等等，这里有问题！我们实际上还不能复制彩虹的所有颜色。我们在小学学到的方便的助记符是
ROYGBIV，它可以帮助我们记住彩虹的颜色有红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛蓝和紫色。我们修改后的 iRGB
配色方案包括红色、黄色、绿色和蓝色——我们可以将其“伪造”为靛蓝和紫色，但是我们缺少橙色。遭了！

一条美丽的彩虹——不幸的是它含有橙色。（​​Paweł Fijałkowski​​​，公共）

为了解决这个问题，聪明的 IBM 工程师对 RGB=110 做了最后的修复。高强度颜色（iRGB=1110）以全亮度点亮红色和绿色荧光粉点以产生黄色，但是在低亮度颜色（iRGB=0110）下，他们以三分之二的亮度点亮红色，以三分之一的亮度点亮绿色。这将 iRGB=0110 变成了橙色——尽管它后来被称为“棕色”，因为 IBM 不得不在某处弄乱标准名称。

这就是 CGA 以及扩展的 DOS 获得十六种颜色的方式！如果你好奇，这也是为什么会有“亮黑色”的原因，即使它只是一种灰色阴影。

表示颜色（位和字节）

但是你可能想知道：为什么 DOS 可以显示 16 种文本颜色，却只能显示 8 种背景颜色？为此，我们需要快速了解计算机如何将颜色信息传递给 CGA 卡。

简而言之，CGA 卡希望将每个字符的文本颜色和背景颜色编码在一个字节数据包中，一共八位。那么八位是从哪里来的呢？

我们刚刚了解了 iRGB（四位）如何生成十六种颜色。文本颜色使用 iRGB ，四位，背景颜色仅限于八种低强度颜色（RGB，三位），加起来只有七位。丢失的第八位在哪里？

最后一个位可能是为 DOS 时代最重要的用户界面元素保留的 —— 闪烁文本。虽然闪烁的文本在如今可能很烦人，但在整个 1980 年代初期，闪烁的文本是表示错误消息等关键信息的友好方式。

将这个“闪烁”位添加到三个背景颜色位（RGB）和四个文本颜色位（iRGB）中会产生八个位或一个字节！计算机喜欢以完整字节为单位进行计数，这使其成为将颜色（和闪烁）信息传输到计算机的便捷方式。

因此，表示颜色（和闪烁）的完整字节是 ​​Bbbbffff​​，其中 ​​ffff​​ 是文本颜色的 iRGB 位模式（从 0 到 15），​​bbb​​ 是低强度的 RGB 位模式背景颜色（从 0 到 7），而 ​​B​​ 是“闪烁”位。

十六种文本颜色和八种背景颜色的限制一直持续到今天。当然，DOS 坚持使用这种颜色组合，但即使是像 GNOME 终端这样的 Linux 终端仿真器也仍然受限于 16 种文本颜色和 8 种背景颜色。当然，Linux 终端可能允许你更改使用的特定颜色，但你仍然限于十六种文本颜色和八种背景颜色。为此，你要感谢 DOS 和最初的 IBM PC。别客气！