The secret life of programs: understand computers - craft better code

Cover......Page 1
Title......Page 5
Copyright......Page 6
Brief Contents......Page 11
Contents in Detail......Page 13
Acknowledgments......Page 21
Preface......Page 23
Introduction......Page 27
 Why Good Programming is Important......Page 28
 Learning to Code is Only a Starting Place......Page 29
 Who Should Read This Book?......Page 30
 What Is Computer Programming?......Page 31
 Coding, Programming, Engineering, and Computer Science......Page 34
 The Landscape......Page 35
 What’s in This Book......Page 37
1: The Internal Language of Computers......Page 41
 Written Language......Page 42
 Logic Operations......Page 43
  Boolean Algebra......Page 44
  De Morgan’s Law......Page 45
  Representing Positive Numbers......Page 46
  Binary Addition......Page 48
  Representing Negative Numbers......Page 50
  Fixed-Point Representation......Page 54
  Floating-Point Representation......Page 55
  The IEEE Floating-Point Standard......Page 57
  Octal Representation......Page 58
  Hexadecimal Representation......Page 59
 Naming Groups of Bits......Page 60
  The American Standard Code for Information Interchange......Page 62
  Unicode Transformation Format 8-bit......Page 64
 Using Characters to Represent Numbers......Page 65
  Base64 Encoding......Page 66
 Representing Colors......Page 67
  Adding Transparency......Page 69
  Encoding Colors......Page 70
 Summary......Page 71
2: Combinatorial Logic......Page 73
 The Case for Digital Computers......Page 74
  The Difference Between Analog and Digital......Page 75
  Why Size Matters in Hardware......Page 76
  Digital Makes for More Stable Devices......Page 77
  Digital in an Analog World......Page 78
  Why Bits Are Used Instead of Digits......Page 80
  Using Plumbing to Understand Electricity......Page 81
  Electrical Switches......Page 84
  Relays......Page 87
  Vacuum Tubes......Page 90
   Transistors......Page 91
  Integrated Circuits......Page 92
 Logic Gates......Page 93
  Improving Noise Immunity with Hysteresis......Page 94
  Differential Signaling......Page 95
  Propagation Delay......Page 97
  Output Variations......Page 98
  Building an Adder......Page 100
  Building Decoders......Page 103
  Building Demultiplexers......Page 104
  Building Selectors......Page 105
 Summary......Page 107
3: Sequential Logic......Page 109
  Oscillators......Page 110
  Latches......Page 111
  Gated Latches......Page 113
  Flip-Flops......Page 114
  Counters......Page 117
  Registers......Page 118
 Memory Organization and Addressing......Page 119
  Random-Access Memory......Page 122
  Read-Only Memory......Page 123
 Block Devices......Page 125
 Error Detection and Correction......Page 128
 Hardware vs. Software......Page 130
 Summary......Page 131
4: Computer Anatomy......Page 133
 Memory......Page 134
 Input and Output......Page 136
  Arithmetic and Logic Unit......Page 137
  Shiftiness......Page 139
  Execution Unit......Page 140
  Instructions......Page 142
  Addressing Modes......Page 144
  Branching......Page 145
  Final Instruction Set......Page 146
  Data Paths and Control Signals......Page 149
  Traffic Control......Page 150
 RISC vs. CISC Instruction Sets......Page 153
 Graphics Processing Units......Page 154
 Summary......Page 155
5: Computer Architecture......Page 157
  Processor Cores......Page 158
  Microprocessors and Microcomputers......Page 159
 Procedures, Subroutines, and Functions......Page 160
 Stacks......Page 162
 Interrupts......Page 165
 Relative Addressing......Page 168
 Memory Management Units......Page 170
 Virtual Memory......Page 172
 Memory Hierarchy and Performance......Page 173
 Coprocessors......Page 175
 Arranging Data in Memory......Page 176
 Running Programs......Page 177
 Memory Power......Page 178
 Summary......Page 179
6: Communications Breakdown......Page 181
  I/O Ports......Page 182
  Push My Buttons......Page 184
  Let There Be Lights......Page 186
  Lights, Action, . . .......Page 187
  Bright Ideas......Page 188
  2n Shades of Gray......Page 189
  Quadrature......Page 190
   Serial Communication......Page 192
  Catch a Wave......Page 194
 Networking......Page 196
  The Internet......Page 198
  Digital-to-Analog Conversion......Page 200
  Analog-to-Digital Conversion......Page 202
  Digital Audio......Page 205
  Digital Images......Page 213
   Video......Page 214
  Terminals......Page 216
  Graphics Terminals......Page 217
  Vector Graphics......Page 218
  Raster Graphics......Page 220
 Summary......Page 221
7: Organizing Data......Page 223
 Primitive Data Types......Page 224
 Arrays......Page 225
 Bitmaps......Page 227
 Strings......Page 228
 Compound Data Types......Page 229
 Singly Linked Lists......Page 231
 Dynamic Memory Allocation......Page 235
 More Efficient Memory Allocation......Page 236
 Garbage Collection......Page 237
 Doubly Linked Lists......Page 238
 Hierarchical Data Structures......Page 239
 Storage for the Masses......Page 243
 Databases......Page 244
 Moving Data Around......Page 246
 Vectored I/O......Page 250
 Object-Oriented Pitfalls......Page 251
 Sorting......Page 252
 Making a Hash of Things......Page 253
 Efficiency vs. Performance......Page 255
 Summary......Page 256
 Assembly Language......Page 257
 High-Level Languages......Page 259
 Structured Programming......Page 260
 Lexical Analysis......Page 261
  State Machines......Page 263
  Regular Expressions......Page 264
 From Words to Sentences......Page 266
 Parse Trees......Page 268
 Interpreters......Page 271
 Compilers......Page 272
 Optimization......Page 274
 Summary......Page 276
9: The Web Browser......Page 277
 Markup Languages......Page 278
 Uniform Resource Locators......Page 279
 HTML Documents......Page 280
 The Document Object Model......Page 282
  Tree Lexicon......Page 283
 Cascading Style Sheets......Page 284
 XML and Friends......Page 288
 JavaScript......Page 291
 jQuery......Page 293
 SVG......Page 294
 JSON......Page 295
 Summary......Page 296
10: Application and System Programming......Page 299
 Guess the Animal Version 1: HTML and JavaScript......Page 302
  Web Page Body......Page 303
  The JavaScript......Page 304
  Terminals and the Command Line......Page 307
  Terminals and Device Drivers......Page 308
  Context Switching......Page 309
  Standard I/O......Page 311
  Circular Buffers......Page 312
  Better Code Through Good Abstractions......Page 313
  Some Mechanics......Page 314
  The C Program......Page 315
   Training......Page 321
 Summary......Page 322
11: Shortcuts and Approximations......Page 323
  Conversion......Page 324
  Texture Mapping......Page 325
  Character Classification......Page 328
 Integer Methods......Page 330
  Straight Lines......Page 332
  Curves Ahead......Page 338
  Spirals......Page 341
  Constructive Geometry......Page 344
  Shifting and Masking......Page 351
  The CORDIC Algorithm......Page 353
 Somewhat Random Things......Page 358
  Space-Filling Curves......Page 359
  L-Systems......Page 360
  Going Stochastic......Page 362
  Quantization......Page 363
 Summary......Page 373
12: Deadlocks and Race Conditions......Page 375
 What Is a Race Condition?......Page 376
 Processes and Threads......Page 377
 Locks......Page 379
  Transactions and Granularity......Page 380
  Deadlocks......Page 381
  Short-Term Lock Implementation......Page 382
 Browser JavaScript......Page 383
 Asynchronous Functions and Promises......Page 386
 Summary......Page 390
13: Security......Page 391
  Threat Model......Page 392
  Trust......Page 393
  Physical Security......Page 395
  Communications Security......Page 396
  Modern Times......Page 397
  The Social Context......Page 399
  Authentication and Authorization......Page 401
  Steganography......Page 402
  Substitution Ciphers......Page 403
   Transposition Ciphers......Page 405
  More Complex Ciphers......Page 406
  The Key Exchange Problem......Page 407
  Public Key Cryptography......Page 408
  Cryptographic Hash Functions......Page 409
  Public Key Infrastructure......Page 410
  Password Management......Page 411
  Protect the Right Stuff......Page 412
  Minimize Attack Surfaces......Page 413
  Stay in Bounds......Page 414
  Generating Good Random Numbers Is Hard......Page 415
  Know Thy Code......Page 416
  Understand What’s Visible......Page 418
  Dynamic Memory Allocation Isn’t Your Friend......Page 419
  Garbage Collection Is Not Your Friend Either......Page 421
  Data as Code......Page 422
 Summary......Page 424
14: Machine Intelligence......Page 425
 Overview......Page 426
 Machine Learning......Page 428
  Bayes......Page 429
  Gauss......Page 430
  Sobel......Page 433
  Canny......Page 438
  Feature Extraction......Page 439
  Neural Networks......Page 441
  Using Machine Learning Data......Page 446
 Artificial Intelligence......Page 447
 Big Data......Page 449
 Summary......Page 452
15: Real-World Considerations......Page 453
 The Value Proposition......Page 454
  A Short History......Page 456
  Open Source Software......Page 459
  The Rise of Portability......Page 460
  Package Management......Page 461
  Java......Page 462
  Cloud Computing......Page 464
 The Programming Environment......Page 465
  Scheduling Projects......Page 466
  Decision Making......Page 467
   Working with Different Personalities......Page 468
  Navigating Workplace Culture......Page 469
 Development Methodologies......Page 470
  Fast Prototyping......Page 472
  Interface Design......Page 473
 Project Development......Page 476
  The Talk......Page 477
  Portable Code......Page 479
  Testing......Page 480
  Maintenance......Page 481
 Be Stylish......Page 482
 Fix, Don’t Re-create......Page 483
 Summary......Page 484
 A......Page 485
 B......Page 486
 C......Page 487
 D......Page 489
 E......Page 490
 F......Page 491
 H......Page 492
 I......Page 493
 K......Page 494
 M......Page 495
 N......Page 496
 P......Page 497
 R......Page 499
 S......Page 500
 T......Page 502
 W......Page 503
 Z......Page 504
Back Cover......Page 506