为什么 FreeDOS 有 16 种颜色

如果您仔细观察过 FreeDOS，您可能已经注意到文本颜色范围有限——16 种文本颜色和 8 种背景颜色。这与 Linux 显示文本颜色的方式类似——您或许可以更改 Linux 终端中使用的文本颜色，但您仍然只能使用 16 种文本颜色和 8 种背景颜色。

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DOS 文本有 16 种颜色和 8 种背景颜色

(Jim Hall, CC-BY SA 4.0)

为什么文本只有这么有限的调色板，为什么 FreeDOS 使用这些颜色和色调，而不是其他颜色？答案和技术领域的许多事物一样，都源于历史。

PC 彩色的起源

为了解释为什么文本只有 16 种颜色，让我给您讲一个关于第一台 IBM 个人电脑的故事。故事的某些部分可能有些杜撰，但基本事实是接近的。

IBM 于 1981 年发布了 Personal Computer 5150（“IBM PC”）。PC 使用简单的显示器屏幕，以绿色显示文本。由于这种显示器只能使用一种颜色，因此被称为单色（“IBM 5151 单色显示器”，配备 IBM 单色显示适配器卡，或“MDA”）。

同年，IBM 发布了 PC 的更新版本，该版本拥有一项惊人的技术成就——彩色！新的 IBM 5153 彩色显示器依赖于新的 IBM 彩色图形适配器，或“CGA”。正是由于最初的 CGA，所有 DOS 文本都继承了它们的颜色。

但在我们深入探讨之前，我们首先需要了解一些关于颜色的知识。当我们谈论计算机屏幕上的颜色时，我们谈论的是混合三种原色光——红色、绿色和蓝色——的不同值。您可以混合不同级别（或“亮度”）的红光、绿光和蓝光，以创建几乎任何颜色。仅混合红光和蓝光，您会得到品红色。混合蓝光和绿光，您会得到青色或水蓝色。均匀混合所有颜色，您会得到白色。没有任何色光，您会看到黑色（没有颜色）。

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混合红光、绿光和蓝光以获得不同的颜色

(Jim Hall, CC-BY SA 4.0)

IBM 5153 彩色显示器通过点亮阴极射线管（“CRT”）上微小的红色、绿色和蓝色荧光点向用户呈现颜色。这些微小的点非常靠近地排列在一起，并且以红色、绿色和蓝色点三元组形成“像素”的模式排列。通过控制一次点亮哪些荧光点，IBM 5153 彩色显示器可以显示不同颜色的像素。

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每个红色、绿色和蓝色三元组都是一个像素

(Jim Hall, CC-BY SA 4.0)

顺便说一句，即使是现代显示器也使用红色、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，每个像素不是使用微小的荧光点，而是使用红色、绿色和蓝色 LED 灯的三元组——通常并排排列。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。

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每个红色、绿色和蓝色三元组都是一个像素

(Jim Hall, CC-BY SA 4.0)

定义 CGA 颜色

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

用 1 或 0 表示红色、绿色和蓝色意味着您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，位模式像“RGB”一样，因此 RGB=001 是蓝色（只有蓝色打开），RGB=011 是青色（绿色和蓝色都打开）

但这只是最简单的情况。一位特别聪明的 IBM 工程师意识到，只需添加一位，就可以将颜色数量从八种翻倍到十六种。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），那么我们将以全亮度点亮红色、绿色和蓝色荧光点；如果“强度”位为 0（关），我们可以使用一些中等亮度。

通过这个简单的修复，CGA 现在可以显示十六种颜色了！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“亮”版本。“红色”与“亮红色”配对，“品红色”与“亮品红色”配对。

哎呀！等等！这实际上不是十六种颜色。如果您注意到 iRGB=0000（黑色）和 iRGB=1000（亮黑色），它们都是相同的黑色。没有什么颜色可以“亮”，所以它们都只是普通的黑色。这意味着我们只有十五种颜色，而不是我们希望的十六种。

但是 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十六种颜色。IBM 实际上并没有实现直接的 RGB 到 iRGB，而是实现了一种修改后的 iRGB 方案。通过这种更改，IBM 为每个荧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“强度”位关闭，那么每个红色、绿色和蓝色荧光点将以三分之二亮度点亮。如果您将“强度”位打开，则 RGB 颜色中的任何零都将以三分之一亮度点亮，而 RGB 颜色中的任何一都将以全亮度点亮。

让我用另一种方式向您描述，使用 Web 颜色代码表示。如果您熟悉 HTML 颜色空间，您可能知道可以使用 #RGB 表示颜色，其中 RGB 表示红色、绿色和蓝色值的组合，每个值介于十六进制值 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），因为对于高强度颜色，RGB=001 中的所有零都以三分之一亮度（大约在 0 到 F 刻度上的“5”左右）点亮，而 RGB=001 中的所有一都以三分之二亮度（大约在 0 到 F 刻度上的“A”左右）点亮。

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每种颜色的全光谱。就像彩虹的颜色一样，这很美丽。

但是，不。等等。这里有些不对劲。我们实际上还无法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，以帮助我们记住彩虹的颜色从红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、靛蓝色和紫色。我们修改后的 iRGB 颜色方案包括红色、黄色、绿色和蓝色——我们可以“伪造”靛蓝色和“紫色”。但我们缺少橙色。哎呀！

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美丽的彩虹 - 但不幸的是，它包含橙色

(Paweł Fijałkowski, 公共领域)

为了解决这个问题，聪明的 IBM 工程师对 RGB=110 进行了最后一次修复。高强度颜色 (iRGB=1110) 以全亮度点亮红色和绿色荧光点以产生黄色。但在低强度颜色 (iRGB=0110) 下，他们以三分之二亮度点亮红色，以三分之一亮度点亮绿色。这使 iRGB=0110 变成橙色——尽管后来它被称为“棕色”，因为 IBM 不得不在某个地方搞砸标准名称。

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

表示颜色（位和字节）

但您可能想知道：如果 DOS 可以显示十六种文本颜色，为什么它只能显示八种背景颜色？为此，我们需要快速了解一下计算机如何将颜色信息传递给 CGA 卡。

简而言之，CGA 卡期望每个字符的文本颜色和背景颜色都编码在一个字节数据包中。那是八位。那么这八位来自哪里呢？

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，或四位。背景颜色仅限于八种低强度颜色（RGB 或三位）。加起来只有七位。那么缺少的第八位在哪里？

最后一位被保留用于 DOS 时代最重要的用户界面元素——闪烁文本。虽然今天的闪烁文本可能令人讨厌，但在 1980 年代初期，闪烁文本是表示关键信息（例如错误消息）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，就构成八位或一个字节！计算机喜欢以完整字节计数，这使其成为将颜色（和闪烁）信息打包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 是低强度背景颜色的 RGB 位模式（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延续至今。当然，DOS 受限于此调色板，但即使像 GNOME 终端这样的 Linux 终端模拟器仍然受限于十六种文本颜色和八种背景颜色。当然，Linux 终端可能允许您更改使用的特定颜色，但您仍然仅限于十六种文本颜色和八种背景颜色。为此，您可以感谢 DOS 和最初的 IBM PC。不用客气！