Great questions—let’s break this down clearly, since this is a super common point of confusion with how modern CPUs handle branching!

分支预测器的历史记录方式取决于它的类型，现代处理器大多用动态分支预测器（会根据实际分支结果更新预测），常见的实现方式包括：

• 单比特预测器：给每个分支指令分配一个1位的状态位，0代表预测“不跳转”，1代表预测“跳转”。每次分支执行后，会根据实际结果更新这个比特——如果预测错了，就翻转状态。但这种方式容易被偶然的错误预测打乱，所以现在很少单独用。
• 双比特（饱和）预测器：这是当前主流的基础设计，用2位状态来记录：
  • 00：强预测不跳转
  • 01：弱预测不跳转
  • 10：弱预测跳转
  • 11：强预测跳转
    只有连续两次预测错误才会彻底改变状态，稳定性比单比特好很多，能过滤偶然的异常分支结果。
• 全局历史预测器：用一个叫GHR（全局历史寄存器）的硬件结构，记录最近N次分支的跳转情况（比如用一串比特表示）。预测时，会结合当前分支的PC（程序计数器）和GHR的内容作为索引，去查询预测表。这种设计适合处理有关联的分支（比如嵌套循环里的分支，外层循环的结果会影响内层）。
• 局部历史预测器：为每个分支指令单独记录它自己的历史跳转序列，用这个序列作为索引查询预测表。适合处理那些和其他分支无关、有自己规律的分支。

你完全说到点子上了：这个问题100%是硬件层面解决的，软件不需要做任何额外操作——软件记录分支历史的开销确实大到不可行，而且会陷入“预测器自身需要被预测”的死循环，所以硬件承担了所有工作。具体怎么实现的：

• 线程上下文隔离 + 标签化：现代多核/多线程处理器会给每个线程分配独立的分支预测资源，或者给所有分支预测条目（比如PHT模式历史表、BTB分支目标缓冲区里的内容）打上线程ID标签。当线程切换时，硬件会自动切换当前活跃的标签，后续的分支查询只会匹配对应标签的条目，完全不会和其他线程的历史混淆。
• 基于PC的索引：每个分支指令的PC（程序计数器）是它在地址空间里的唯一标识。即使不同线程的分支指令PC数值相同，因为线程的地址空间是隔离的（加上硬件的线程标签），处理器能精准区分属于哪个线程的分支。
• 上下文状态保存/切换：有些处理器在线程切换时，会把当前线程的分支预测相关状态（比如GHR的内容）保存到线程的上下文里，切换回来时再恢复。不过现在更多用标签化的方式，避免切换时的状态保存开销。

至于分支历史的存储位置：所有分支预测的相关数据（PHT、BTB、GHR等）都存在处理器的片上硬件缓存/寄存器里，完全在CPU内部，访问速度和CPU核心同步，不会涉及主存，所以没有额外的性能开销。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者M.kazem Akhgary