关于数字图书馆的探索研究在美国有着较长的历史，其中较早而且影响最大的是Bush。早在1945年，Bush在《Atlantic Monthly》发表了一篇文章《As We may think》提出了关联性信息检索的概念，其后，他依据这一设想，设计了Memex。Memex装置运用计算和缩微技术实现文件的相关链接，其实它是一个个人信息检索系统，虽然它不是真正意义上的数字图书馆，但它是公认的计算机辅助检索（CAR）的先驱，而CAR正是数字图书馆建立时需要的最基本技术。
文本贮存和检索技术是数字图书馆得以实现的两大技术，而现代意义的贮存检索系统，是在计算机技术不断提高的前提下才得以实现的。从1965年到1973年，麻省理工学院进行了计算机辅助标引实验，建立了Intrex数据库，将文章存储在缩微胶片上利用联机贮存目录和索引进行检索。1969年Sandia国家实验室开发出有关科技文献的全文贮存和检索系统。到了70年代中期，美国出现了许多用于图书馆存储、标引、检索的软件，其中较有名的是IBM的STAIRS贮存检索系统。
1982年，美国国会图书馆开始研究用光盘存储馆藏。这种用光学处理贮存电子图文的技术引起图书馆界及其他方面的注意，预示一个新的信息贮存方式的到来。(https://www.xing528.com)
1991年，美国俄亥俄州政府做出了启动俄亥俄网的决定，计划投资2500万美元建立州内图书馆网络中心，该网络定名Ohio Link。1992年，美国政府在制订“高性能计算与通信”（HPCC）国家攻关项目中，第一次将发展数字图书馆列为“国家级挑战”（National Challenge）项目之一。1994年6月，在美国的德克萨斯召开了第一次数字图书馆的理论研究会议，会议的主题是“第一届数字图书馆理论与实践年会”。而“数字图书馆”一词，起源于1993年由美国国家科学基金会（NSF）、美国国防部尖端研究项目机构（DAPRA）、国家航空与太空总署NASA联合发起的数字图书馆创始工程（Digital Library Initiative）（代号DLI）。其中1994—1998年阶段被称为DLI第一期工程，或DLI1。第二期工程于1998年开始全面筹划和招标，1999年正式开始，被称为DLI2。新增四个参与单位，他们是美国联邦调查局（FBI）、美国人文科学基金会（NEH）以及著名的美国国会图书馆（LC）、美国国家医学图书馆（NLM），一期投入为4000万至5000万美元，预计今后可增加到数十亿美元。
1999年2月24日，美国总统信息技术咨询委员会（PITAC）在给总统《信息技术研究：对我们未来的投资》的报告中，提出21世纪美国信息技术的研究与开发的四项重点，其中在前两项中均专门提出了数字图书馆的建设。2001年2月9日，美国总统信息技术咨询委员会PITAC向新上任的布什总统提交了三份报告，其中之一就是《数字图书馆：对人类知识的普遍访问》。在此报告中PITAC提出，“我们相信数字图书馆能够支持本委员会1999年2月的报告《信息技术研究：投资未来》中提出的所有‘国家挑战性变革’。这10条挑战性变革是所有公民能够融入信息时代并从中受益的基本先决条件。数字图书馆将在这些变革中扮演核心角色，每一种变革都会利用或需要数字图书馆才能成为现实。”
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